Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. П.Н.ЛЕБЕДЕВА
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
На правах рукописи
Соломонов Сергей Вячеславович
АППАРАТУРА, МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА
01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук
Москва 2009 г.
Работа выполнена в Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН
Официальные оппоненты:
Доктор физико-математических Дагкесаманский Р.Д.
наук Пущинская радиоастрономическая обсерватория Астрокосмического центра Физического института им. П.Н.Лебедева РАН
Доктор физико-математических Кутуза Б.Г.
наук, профессор Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН
Доктор физико-математических арин И.К.
наук, профессор Институт энергетических проблем химической физики РАН
Ведущая организация: Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН
Защита состоится________27 апреля________________2009 г. в _12_часов
на заседании диссертационного совета Д 002.023.02 Физического института им. П.Н.Лебедева РАН по адресу 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д.53, ФИАН
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им. П.Н.Лебедева РАН
Автореферат разослан________________________2009 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
профессор, доктор физ.-мат. наук
/Я.Н.Истомин /
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
В работе представлены результаты создания спектральной аппаратуры и методов дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых (ММ) волнах, а также представлены результаты мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере этими методами, показывающие эффективность дистанционного зондирования озоносферы на ММ-волнах с поверхности Земли.
Актуальность работы обусловлена важностью проблемы происходящих в атмосфере глобальных изменений ключевых малых газовых составляющих, наметившейся убылью содержания озона, возникновением таких аномалий, как озонные дыры. Озабоченность по поводу надежности атмосферной системы как основы биосферы неоднократно высказывалась на представительных научных форумах. При этом отмечался значительный уровень неопределенности в решении проблемы глобальных изменений в атмосфере, в ее защитном озонном слое из-за отсутствия необходимой информации об эволюции окружающей среды под влиянием естественных причин и антропогенных факторов.
Как показывает опыт проводимых исследований, в решении этой проблемы важную роль играет дистанционное зондирование атмосферы Земли, использующее бортовые и наземные методы наблюдения в различных участках спектра электромагнитных волн. Одним из наиболее эффективных способов получения ценной информации об атмосферных параметрах и происходящих в атмосфере изменениях является дистанционное зондирование атмосферы радиофизическими методами в свервысокочастотной области спектра, на миллиметровых волнах. Дистанционное зондирование в этой области спектра имеет ряд достоинств. В диапазоне ММ-волн сосредоточены многочисленные спектральные линии озона, водяного пара, окиси хлора и ряда других газов, являющихся ключевыми в атмосферных процессах. Радиофизические методы позволяют проводить круглосуточные наблюдения атмосферы по ее собственному тепловому радиоизлучению при различных погодных условиях, поскольку ослабление излучения в облаках и слоях аэрозоля в радиодиапазоне существенно меньше, чем в оптической области спектра.
В работе отмечен вклад ведущих отечественных и зарубежных организаций в развитие этих методов, а также сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований, поставленные перед данной работой и решённые в ходе её выполнения.
Эффективность радиофизических методов исследования состава атмосферы на миллиметровых волнах с поверхности Земли проиллюстрирована результатами дистанционного зондирования атмосферного озона в стратосфере и мезосфере, где молекулы озона играют ключевую роль в атмосферных процессах.
Объектом исследований в данной работе является наблюдаемая по собственному тепловому радиоизлучению земная атмосфера, предметом изучения - радиофизические методы и исследуемые этими методами изменения вертикального распределения атмосферного озона.
Цели и задачи работы. Целью данной работы является развитие радиофизических методов исследования озоносферы по ее тепловому излучению на ММ-волнах, создание чувствительной спектральной аппаратуры, мониторинг вертикального распределения озона, изучение методами радиофизики физических явлений в земной атмосфере, в ее озонном слое.
Цель первого этапа работы - теоретическое исследование спектров теплового радиоизлучения атмосферы. Сформулированы задачи наблюдений атмосферы и ее озонного слоя радиофизическими методами, на основе численных экспериментов сформулированы требования к спектральной аппаратуре. Цель следующих этапов - создание отвечающих этим требованиям спектрорадиометров, проведение мониторинга вертикального распределения озона и анализ полученных результатов. Задачи наблюдений: изучение происходящих в озоносфере изменений в широком диапазоне высот, от нижней стратосферы и до области мезопаузы, включая высоты, наиболее чувствительные к техногенным загрязнениям, и в широком диапазоне характерных времен: короткопериодных, сезонных и межгодовых изменений. Среди решённых в данной работе задач было участие в комплексных исследованиях атмосферы по международным программам, подспутниковые наблюдения озоносферы, практические рекомендации по внедрению результатов работы.
Достоверность полученных результатов обусловлена применением чувствительной аппаратуры, высокой точностью спектральных измерений, применением эффективных методов наблюдений и современных математических методов обработки результатов эксперимента, адекватных требованиям поставленных задач. Достоверность результатов подтверждена их хорошим соответствием данным независимых измерений.
Научная новизна. К новым результатам относятся следующие положения: 1. Созданы чувствительные супергетеродинные спектрорадиометры 2-х миллиметрового диапазона волн, характеризуемые оригинальной конструкцией и оптимизированными спектральными характеристиками.
2. Разработаны и применены оригинальные методы дистанционного зондирования, включающие эффективную методику решения обратной задачи - восстановления вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере из измеренных спектров методом регуляризации Тихонова.
3. Впервые выполнены многолетние (с 1987 г. по настоящее время) регулярные наблюдения атмосферного озона над Московским регионом на ММ-волнах. Построено высотно-временное распределение содержания озона. Получены новые данные об особенностях этого распределения.
5. Впервые осуществлены (совместно с ИФА РАН) исследования изменений в верхней атмосфере методом одновременных наблюдений спектров излучения озона на ММ-волнах и гидроксила в ближнем ИК-диапазоне
6. Впервые проведены на ММ-волнах одновременные наблюдения вертикального распределения озона из удаленных друг от друга наземных пунктов: Москва, обсерватории Франции и Швеции (в период 1988-1990 гг.). Впервые выполнены исследования озоносферы по результатам одновременных наблюдений на миллиметровых волнах над Москвой (ФИАН), над Апатитами (ИПФ РАН) и над Шпицбергеном (университет Берна). Получены новые данные об особенностях пространственного распределения озона.
7. Показана высокая эффективность мониторинга озоносферы радиофизическими методами в умеренных и высоких широтах.
Научное и практическое значение работы определяется её актуальностью. Разработанная аппаратура и методы являются необходимым этапом в развитии перспективного направления по созданию аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы, ее озонного слоя радиофизическими методами. Полученные в работе результаты теоретических и экспериментальных исследований атмосферы, ее озонного слоя показывают важность и реальность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы на ММ-волнах. Создания этой сети приобретает особую актуальность в настоящее время, когда происходят трудно прогнозируемые изменения состояния атмосферы.
Характеризуя значение работы, необходимо подчеркнуть следующее:
1. Созданная математическая модель радиоизлучения атмосферы необходима для формулировки требований к создаваемой аппаратуре и для прогнозирования результатов планируемых экспериментов по дистанционному зондированию озона и других малых газовых составляющих атмосферы.
2. Разработанная спектральная аппаратура и методы, включающие эффективную методику решения обратной задачи, необходимы для продолжения проводимого в ФИАН многолетнего мониторинга озоносферы, результаты которого получены наземными методами дистанционного зондирования, т.е. существенно более простыми средствами, чем в случае экспериментов с дорогостоящим спутниковым оборудованием.
3. Показана эффективность созданных методов для решения задач комплексных исследований озоносферы по международным программам, для валидации спутниковых экспериментов.
4. Сформулированы практические рекомендации:
Необходимо создание наземной сети мониторинга озона и других атмосферных газов на ММ-волнах на территории нашей страны и ближнего зарубежья с последующей ее интеграцией в международную глобальную сеть (с использованием опыта данной работы). Важны комплексные наблюдения на ММ-волнах озона, окиси хлора, азотных окислов и других газовых составляющих.
Для изучения мезосферных процессов перспективным являются одновременные наблюдения озона на ММ-волнах и гидроксила в ИК-области спектра из одной и той же области мезосферы по методикам ФИАН и ИФА РАН.
Применение созданных методов необходимо для решения актуальных фундаментальных и прикладных задач, включающих изучение изменений в атмосфере под влиянием естественных и техногенных факторов, а также в целях подспутникового мониторинга атмосферы.
Результаты выполненных исследований показывают важность внедрения развитых в данной работе методов в народное хозяйство, в службы экологического мониторинга для оперативного обнаружения аномальных явлений на ранних стадиях их развития и наблюдения за их эволюцией. Результаты мониторинга крайне важны для рационального природопользования, для принятия решений по защите биосферы в интересах экологической безопасности страны и её устойчивого развития.
5. Внедрение созданных автором методов и полученных результатов исследований выполнялось по следующим направлениям:
Проведение многолетнего мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере над Московским регионом с помощью созданной аппаратуры и методов.
Проведение одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в ФИАН и в зарубежных обсерваториях, создание единой методики обработки и анализа полученных данных.
Проведение в ФИАН в содружестве с ИПФ РАН исследования пространственного распределения озона на ММ-волнах методом одновременных наблюдений озоносферы из двух пунктов нашей страны (Москва, Апатиты). При этом была применена разработанная в ФИАН единая методика обработки и анализа результатов наблюдений в этих наземных пунктах.
Изучение верхней атмосферы путем синхронных наблюдений на ММ-волнах (ФИАН) и в ИК-диапазоне (ИФА РАН).
Участие в комплексные исследованиях атмосферы в составе глобальной озонометрической сети по международным программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000. Полученные новые данные о вертикальном распределении озона над Московским регионом были вкладом ФИАН в решение задач указанных международных программ.
Подспутниковый мониторинг вертикального распределения озона.
ичный вклад автора в проведённые исследования.
Вклад автора заключался в постановке задач исследований, в формулировке требований к аппаратуре, в её создании, в разработке методов наблюдения и обработки информации, в проведении мониторинга озоносферы, включая наблюдения по международным программам, анализе полученных результатов и рекомендации по их внедрению. Эта работа выполнялась автором в руководимой им группе спектроскопии миллиметровых волн в отделе спектроскопии Отделения оптики ФИАН (к.ф.-м.н. С.Б.Розанов, к.ф.-м.н. Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, к.ф.-м.н. А.Н.Игнатьев). Входящие в состав аппаратуры анализаторы спектра разработаны в ИПФ РАН с участием ФИАН. При обработке результатов спектральных наблюдений применён предложенный К.П.Гайковичем итерационный алгоритм на основе метода регуляризации Тихонова. Автором проведены исследования этого метода, выполнен анализ точности решения обратной задачи с его помощью.
Автор являлся инициатором первых одновременных наблюдений озоносферы из удаленных друг от друга обсерваторий (в ФИАН на 142,175 ГГЦ, в обсерваториях Франции и Швеции на 110,8 ГГц), выполненных с целью изучения влияния крупномасштабных атмосферных процессов на пространственно-временное распределение озона. Успешно выполнена программа подспутниковых наблюдений вертикального распределения озона над Москвой на ММ-волнах, а также проведены исследования (в части ФИАН) по международным программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора составили основу проектов, выполненных в ФИАН в рамках отечественных и международных научных программ исследований атмосферного озона. К ним относятся выполнявшиеся под руководством автора (в части ФИАН) научные проекты по программам: Интеграция (проект ИО 679/908), Федеральная целевая научно-техническая программа (госконтракт № 43.044.11.2642 от 31.01.2002 г.), Программа фундаментальных исследований ОФН РАН Проблемы радиофизики, поддержанные РФФИ и выполненные под руководством автора проекты №№ 96-02-19093, 99-02-18132, 03-02-17436, поддержанные ISF проект № NA1000, поддержанный ISF и Правительством РФ проект № NA1300, а также исследования по программам международного сотрудничества с обсерваториями Франции, Швеции, Германии и Южной Кореи.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Разработанные радиофизические методы и аппаратура для мониторинга озоносферы обеспечивают надежную регистрацию с поверхности Земли вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. С помощью этих методов и аппаратуры выполнен многолетний мониторинг атмосферного озона, включая наблюдения озоносферы в составе глобальной озонометрической сети по международным программам и подспутниковые наблюдения.
2. Созданная спектральная аппаратура для мониторинга вертикального распределения озона на миллиметровых волнах удовлетворяет требованиям, сформулированным на основании численных экспериментов, и характеризуется следующими параметрами:
Центральная рабочая частота - 142,175 ГГц
Ширина диаграммы направленности антенной системы - 1,50
Ширина полосы анализируемых частот составляет 475 МГц
Количество спектральных каналов - 96
3. Частоты и полосы пропускания спектральных каналов оптимизированы для надежной регистрации спектров озона, частотное разрешение спектрорадиометра меняется от 0,1аМГц в центре полосы анализа (в центре линии) до 20аМГц на её краях
4. Полученное в результате мониторинга высотное распределение озона в стратосфере и мезосфере над Москвой характеризуется изменениями различного масштаба времени, которые отражают особенности эволюции озоносферы:
зарегистрированы межгодовые, сезонные и более короткопериодные изменения вертикального распределения стратосферного озона, обнаружена значительная деформация профилей озона в отдельные периоды холодного полугодия
установлена связь вариаций содержания озона с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в полярном стратосферном вихре на озоносферу умеренных широт
обнаружены межсуточные и более короткопериодные вариации излучения мезосферного озона
зарегистрировано пониженное содержание озона в наиболее чувствительных к техногенным воздействиям слоях верхней стратосферы.
Апробация результатов работы. Результаты работы опубликованы в рецензируемых журналах, были представлены на отечественных и международных конференциях: 2-й, 3-й, 4-й Всес. школах-симп. по распространению ММ- и субМ-волн в атмосфере (Фрунзе, 1986, Харьков, 1989 г., Н.Новгород, 1991 г.), 2-м и 4-м Всес. симп. по ММ- и субММ-волнам (Харьков, 1984, 1987, гг.), XX, XXI, XXIII съездах по спектроскопии (Киев, 1988 г., Звенигород, 1995 г., Звенигород, 2005 г.), 14-й, 16-й Всес. конф. по распространению радиоволн (Ленинград, 1984 г., Харьков, 1990 г.), 17-й, 18-й, 19-й, 20-й, 21-й, 22-й Всеросс. научн. конф. по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993 г., С.Петербург, 1996 г., Казань, 1999 г., Н.Новгород, 2002 г., Йошкар-Ола, 2005 г., п.Лоо, 2008 г.), Всес. конф. по атмосферному озону (Суздаль, 1988 г.), 21 Всес. конф. Радиоастрономическая аппаратура (Ереван, 1989 г.), Всес.симпозиуме Геофизические аспекты переноса примесей в верхней атмосфере (Обнинск, 1990 г.), XVI General Assembly of the European Geophysical Society (Wiesbaden 1991), Научн. конф. Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды (Муром, 1992 г.), XVII General Assembly of the European Geophysical Society (Edinburg, 1992), International Workshop on Electrodynemics and composition of mesosphere (N. Novgorod, 1992), 2-th, 3-rd, 4-th Int. Symp. Phys. and Eng. of MM and submillimeter waves (Kharkov, 1994, 1998, 2001), 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Всеросс. научной конф. Физические проблемы экологии (Москва, 1997г., 1999 г., 2001г., 2004г.), Всеросс. научн. конф. Применение дистанционных радиофизических методов (Муром, 1999 г.), Int. Radiat. Symp. УCurrent Problems in atmospheric RadiationФ (St.-Petersburg, 2000), Юбилейной Всеросс. научной конф. Фундаментальные исследования взаимодействия суши океана и атмосферы (Москва 2002 г.), Международной конф. Ломоносов 2004 (Москва, 2004 г.), Международных симпозиумах стран СНГ Атмосферная радиация МСАР-99, МСАР-2002, МСАР-2006 (С.-Петербург, 1999, 2002, 2006гг.), 9-й Всеросс. школе-семинаре Волны 2004 (Звенигород, 2004г), SPIEТs Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XI Сonference (Stockholm, Sweden, 2006), 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Всеросс. научных конф. Необратимые процессы в природе и технике (Москва, 2001 г., 2003 г., 2005 г., 2007 г.), Всеросс. семинарах по радиофизике ММ- и субММ-диапазонов (Н.Новгород, 2005 г., 2007 г.).
Общая структура работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, содержит 279 страниц текста и 100 рисунков. Библиография - 320 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В введении рассмотрены объект и предмет исследований, актуальность темы, цель и содержание работы. Отмечена важность развития перспективного направления - создания аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы радиофизическими методами, необходимость разработки отвечающих современным требованиям чувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы на ММ-волнах, актуальность проведения мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере этими методами.
Рассмотрены особенности радиофизических методов исследования атмосферы, ее защитного озонного слоя, отмечен вклад ведущих отечественных и зарубежных организаций в развитие этих методов.
Вместе с тем, к началу выполнения данной работы (1980-е годы) существовал заметный пробел в знаниях о высотно-временном распределении озона в стратосфере и мезосфере и его особенностях, не проводился мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере над такой густонаселенной областью, как Московский регион. Отсутствие необходимой промышленной аппаратуры и адекватных методов обработки экспериментальных данных усложняли решение задач мониторинга озоносферы на ММ-волнах.
Радиофизические исследования в данной работе как раз и были направлены на то, чтобы внести вклад в развитие указанного научного направления. Перечислены результаты, полученные автором, отмечена их значимость и отличие от предыдущих работ. Сформулированы положения, выносимые на защиту.
В главе 1 (разделы 1.1-1.7) сформулированы задачи радиофизических исследований озоносферы. К ним относятся:
Теоретические и экспериментальные исследования спектров теплового радиоизлучения атмосферы. Разработка методов и аппаратуры для регистрации спектров озона и их интерпретации. Мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере с целью изучения лоткликов озоносферы на возмущения естественного происхождения, исследования изменений содержания озона в наиболее чувствительных к техногенным загрязнениям слоях верхней стратосферы, обнаружения и изучения аномальных изменений в озоносфере. Исследование изменений пространственного распределения озона в составе глобальной сети обсерваторий по отечественным и международным программам. Подспутниковые измерения профилей озона для оценки (валидации) спутниковых методов наблюдений озоносферы.
Отмечена важная роль математического моделирования для прогнозирования результатов экспериментов и выработки требований к создаваемой спектральной аппаратуре, изложены физические основы построенной математической модели теплового радиоизлучения атмосферных газов. Приведены основные соотношения для расчета спектров поглощения и излучения радиоволн. Представлены примеры результатов выполненных расчетов спектров теплового излучения атмосферы на ММ-волнах с учетом спектральных линий О3, О2, Н2О, СlO, N2O, NO и других малых газовых составляющих атмосферы.
В главе 2 представлены результаты математического моделирования радиоизлучения атмосферы для различных условий наблюдения.
В разделе 2.1-2.5 представлены результаты теоретического исследования спектрального состава теплового радиоизлучения атмосферы Земли, оценка эффектов при проведении планируемых экспериментов, формулировка требований к создаваемой спектральной аппаратуре. Расчеты интенсивности излучения и значений оптических толщин выполнены на частотах спектральных линий О3, О2, Н2О, СlO, N2O, NO и других малых газовых составляющих атмосферы для различных условий наблюдения (с поверхности Земли, с аэростата, из космоса). Сформулированы аэрономические задачи, для решения которых необходимы наблюдения этих линий. Эти данные важны для оптимизации планируемых экспериментов по мониторингу содержания малых газовых составляющих в различных слоях атмосферы.
В разделе 2.6 представлены результаты расчетов спектров собственного теплового радиоизлучения атмосферного озона при наблюдении с поверхности Земли. Рассмотрены удобные для наблюдения спектральные линии O3. Представлены результаты расчетов спектров излучения атмосферы на частотах выбранной спектральной линии озона с центром на 142,175 ГГц. Рассчитан вклад молекул озона в излучение атмосферы в зависимости от зенитного угла наблюдения и от влагосодержания тропосферы. Выполнены оценки чувствительности формы результирующей спектральной линии к изменениям вертикального распределения содержания озона, вызванных естественными причинами (сезонными вариациями, влиянием атмосферной динамики, фотохимическими явлениями и др.), а также техногенными загрязнениями атмосферы. Выполнены расчеты ожидаемых эффектов при наземных наблюдениях стратосферного озона на высотах от 12 км до 50 км и мезосферного озона (выше 50 км). Получено, что излучение ночного озона из слоя 50-100 км составляет существенную часть от общего излучения озона, формируемого в рассматриваемой линии во всей толще атмосферы, и содержит ценную информацию о содержании озона и его вариациях в верхней атмосфере. Описан алгоритм решения обратной задачи, основанный на методе регуляризации Тихонова. Отмечено, что спектральные наблюдения на миллиметровых волнах открывают новые возможности изучения атмосферного озона в стратосфере и мезосфере.
В разделе 2.7. представлены результаты расчетов по оптимизации характеристик спектрорадиометра для наблюдений вертикального распределения озона на ММ-волнах с поверхности Земли. На основании результатов численных экспериментов сформулированы требования к основным параметрам спектрорадиометра: рабочим частотам, чувствительности, спектральному разрешению, числу спектральных каналов анализатора спектра (АС) и их центральным частотам, оптимальным зенитным углам наблюдения и др. Показано, что оптимальным является применение АС с переменным шагом по частоте и по спектральному разрешению, что позволяет вносить минимальные искажения в форму регистрируемой линии. Представлены результаты расчета оптимальной частотной сетки многоканального фильтрового анализатора спектра.
В разделе 2.8 представлены результаты численных экспериментов по исследованию точности восстановления различного вида вертикальных профилей озона с учетом выбранных значений параметров спектрорадиометра.
Исследовано влияние на точность ряда факторов: шума аппаратуры, погрешности задания профилей температуры и давления атмосферы, погрешности из-за диаграммного и спектрального сглаживания, погрешности учета тропосферного ослабления, дискретизация задачи при ее численном решении и др. Получено, что при оптимальных условиях суммарная погрешность восстановленных профилей не превышает 5-7% на высотах 20-50 км в холодное полугодие, постепенно возрастая в более низких и более высоких слоях.
Исследована разрешающая способность метода восстановления, ее зависимость от шума аппаратуры. Сделан вывод, что параметры спектральной аппаратуры, которые определены в результате выполненных расчетов, удовлетворяют требованиям восстановления вертикального профиля озона в стратосфере и мезосфере с точностью, необходимой для решения задач, сформулированных в главе 1.
В главе 3 (разделы 3.1-3.3) изложены принципы построения радиометрической аппаратуры для атмосферных исследований на ММ-волнах. Рассмотрены основные соотношения, описывающие чувствительность радиометра, характеристики антенной системы, соотношения, используемые при калибровке аппаратуры.
Приведён обзор характеристик известных спектрорадиометров для дистанционного зондирования атмосферного озона на ММ-волнах, представлены характеристики спектрорадиометра ФИАН. Регулярные наблюдения (включая круглосуточные) вертикального распределения озона на частотах спектральной линии 142,175 ГГц, проводятся в ФИАН с 1987 г. Описаны первые модификации созданной в ФИАН спектральной озонометрической аппаратуры ММ-диапазона волн с преобразователями частоты на диоде с барьером Шоттки.
В последние 14 лет мониторинг вертикального распределения озона осуществляется с помощью размещенного в Москве спектрорадиометра ФИАН с улучшенными характеристиками. По основному параметру, определяющему чувствительность аппаратуры, эквивалентной температуре шума - этот спектрорадиометр превосходит работающие на той же частоте зарубежные аналоги - озонометрические комплексы университетов Берна и Бремена, входящие в состав сети NDACC.
В главе 4, в разделе 4.1, представлено описание действующего спектрорадиометра ФИАН для наблюдений вертикального распределения озона над Москвой. Эта аппаратура состоит из приёмного блока с размещенным в азотном криостате смесителем оригинальной конструкции на планарном диоде с барьером Шоттки АА138В-3, многоканальных анализаторов спектра с оптимизированным переменным шагом по частоте и персонального компьютера.
Супергетеродинный приемник спектрорадиометра крепится на опорно-поворотном устройстве (ОПУ). Конструкция обеспечивает возможность установки на ОПУ либо заливного азотного криостата с охлаждаемым смесителем на диоде Шоттки до азотных температур, либо криоблока для охлаждения смесителя до температуры 15-20К с помощью микрокриогенной системы замкнутого цикла, либо гелиевого криостата с вакуумным подвалом для охлаждения смесителя на переходе сверхпроводник-изолятор-сверпроводник до 4-5 К (криостаты разработаны В.Ф.Троицким в Криогенном отделе ФИАН).
Антенный узел, использующий квазиоптические устройства на свободных гауссовых пучках, характеризуется низким уровнем боковых лепестков диаграммы направленности (подавление их не менее 35-40 дБ) и малыми потерями мощности сигнала (около 1 дБ). Диплексер приемника собран по модифицированной схеме Маха-Цандера. На выходе применены оптимизированные анализаторы спектра с переменным шагом и спектральным разрешением по частоте.
Разработаны методики оперативного контроля параметров и режимов работы спектрорадиометра и регламентых работ. Зарегистрированные спектры озона пересчитываются к внетропосферным условиям (радиоастрономическими методами) и затем решается обратная задача - восстановливается вертикальное распределение О3 в широком диапазоне высот от нижней стратосферы до области мезопаузы в верхней атмосфере. Применяется автоматизированная система накопления и обработки информации с использованием современных математических методов.
Профили температуры и давления атмосферы, используемые при восстановлении профилей озона, получены из радиозондовых и спутниковых данных. Температура в области мезопаузы определялась из выполненных под руководством проф. А.И.Семенова синхронных инфракрасных наблюдений гидроксила из того же участка неба на Звенигородской станции ИФА РАН.
Отмечено, что надежность созданной озонометрической аппаратуры позволила проводить многолетний мониторинг вертикального распределения озона при высоком качестве получаемых результатов. Аппаратура ФИАН была включена в состав глобальной озонометрической сети по ряду международных программ. Результаты дистанционного зондирования озонного слоя над Москвой хорошо согласуются с озонозондовыми и спутниковыми данными.
В разделе 4.2 рассмотрены основные узлы действующего спектрорадиометра. В приемнике применяется созданный в ФИАН малошумящий смеситель на планарном диоде с барьером Шоттки, который характеризуется простой и надежной конструкцией, делающей его пригодным для длительной эксплуатации и охлаждения до низких температур.
Описан антенный узел спектрорадиометра, представлены основные соотношения теории гауссовых пучков излучения, использованные при создании входных узлов спектрорадиометра. Описана методика и результаты измерений потерь мощности во входном тракте и диаграммы направленности антенной системы спектрорадиометра. Представлены основные технические характеристики анализаторов спектра спектрорадиометра.
Описаны тепловые излучатели, созданные для калибровки спектрорадиометра. Исследованы материалы, поглощающие ММ-волны, и на их основе разработаны близкие к абсолютно черному телу тепловые излучатели при температуре жидкого азота и при комнатной температуре. Описана методика измерений и измерительные стенды для исследования характеристик этих излучателей при комнатной и азотной температурах.
В разделе 4.3 описаны методики исследования и результаты измерений основных характеристик созданной аппаратуры. Получено, что значение эквивалентной шумовой температуры спектрорадиометра составляет 420К в двухполосном режиме при охлаждении смесителя и предварительного усилителя промежуточной частоты жидким азотом. Рассмотрены разработанные методики настройки и регламентных проверок спектрорадиометра ФИАН.
В разделе 4.4 описана методика спектральных наблюдений атмосферного озона на ММ-волнах, позволившая получать в течение многих лет наблюдений ряды надежных экспериментальных данных с информацией о вертикальном распределении содержания озона и его вариациях. В соответствии с этой методикой наблюдения проводятся в квазинулевом режиме (с близкими уровнями полезного сигнала и сигнала в канале сравнения), выполняется периодическая калибровка спектрорадиометра по тепловым излучателям типа чёрное тело при стабильных и известных температурах, оперативно контролируются рабочие параметры аппаратуры, обеспечиваются стабильные температурные условия работы спектральной аппаратуры.
В главе 5 представлены результаты наблюдений атмосферного озона на миллиметровых волнах в ФИАН, полученные в период с 1987 по 2008 гг.
В разделе 5.1 дана общая характеристика программы наблюдений, соответствующей задачам, сформулированным в главе 1. Отмечено, что в ходе многолетнего мониторинга озоносферы неоднократно проводились наблюдения по международным программам, а также выполнялись подспутниковые наблюдения вертикального распределения озона.
В разделе 5.2. представлены результаты наблюдений вертикального распределения озона над Московским регионом, выполненных по международным программам.
В период наблюдений по программе DYANA обнаружено сильное возмущение озоносферы во время стратосферного потепления в феврале 1990 г., а также зарегистрированы короткопериодные изменения профилей озона.
Низкие значения отношения смеси озона Соз были зарегистрированы на высотах 25-45 км над Москвой в холодное полугодие 1999-2000 гг. при наблюдениях по программе SOLVE 2000. Такое состояние озоносферы сохранялось с непродолжительными перерывами в течение 3-х месяцев.
Получено хорошее соответствие результатов наблюдений на ММ-волнах в ФИАН с озонозондовыми и спутниковыми данными по программе CRISTA/MAHRSI. Например, различие усредненных за время наблюдений по этой программе профилей вертикального распределения озона, зарегистрированных в области высот 25-55 км над Москвой на ММ-волнах с помощью спектрорадиометра ФИАН и с помощью ИК телескопов, выведенных на орбиту космическим кораблем Space Shuttle (STS-85) в августе 1997 г., не превосходило 5%.
В разделе 5.3 представлены результаты наблюдений профилей вертикального распределения озона в 1987-1991 гг. Наблюдались профили отношения смеси озона Соз, близкие к справочной модели, а также деформированные профили с пониженным или с повышенным Соз. Установлены периоды, когда профили озона характеризовались незначительными межсуточными изменениями. Вместе с тем, зарегистрированы быстропротекающие изменения в озоносфере во время возмущений стратосферы, в периоды стратосферных потеплений.
В разделе 5.4. представлены результаты выполненных впервые (в период 1988 - 1990 гг.) одновременных наблюдений на ММ-волнах вертикального распределения озона из удаленных друг от друга наземных обсерваторий: над Московским регионом на 142,175 ГГц, над Швецией в Космической обсерваторией Онсала и над Францией в обсерватории университета г. Бордо на 110,8 ГГц. Эти наблюдения проведены по инициативе ФИАН. Нами была разработана и применена общая методика обработки и анализа результатов наблюдений над Москвой и Швецией. Были проанализированы также результаты проведенных в более поздний период, в 1996Ц2003 гг., одновременных наблюдений озоносферы на 142,175 ГГц в ФИАН (55,8N, 37,6E) и на Шпицбергене (78,9N, 11,9E). В результате перечисленных наблюдений были получены новые данные об откликах озоносферы на сильные возмущения в периоды стратосферных потеплений, об особенностях пространственно-временного распределения озона и его вариациях различного масштаба в стратосфере и мезосфере над умеренными и высокими широтами. Обнаружена значительная межгодовая изменчивость в пространственном распределении озона.
В ФИАН в содружестве с ИПФ РАН были проведены одновременные наблюдения на ММ-волнах вертикального распределения озона над Москвой и Апатитами. При этом была применена разработанная в ФИАН единая методика обработки и анализа результатов наблюдений в этих наземных пунктах. Выполненные совместные наблюдения явились важными практическими шагами к созданию отечественной наземной сети мониторинга озоносферы на ММ-волнах.
В разделе 5.5 представлены результаты наблюдения на ММ-волнах высотно-временного распределения озона в стратосфере и мезосфере над Москвой в 1996-2008 гг., рассмотрены его особенности. Получено, что наиболее значительные вариации в озоносфере над Московским регионом происходили в холодные полугодия. Обнаружены аномальные явления, характеризуемые значительным снижением содержания озона. Зарегистрированы деформированные профили вертикального распределения отношения смеси озона Соз. Обнаружены эффекты образования мелкомасштабной структуры на вертикальных профилях Соз на высотах около 30 км.
Приведены результаты подспутниковых наблюдений. Получено хорошее соответствие результатов наблюдений в ФИАН со спутниковыми данными (для отдельных дней и для среднемесячных значений). Например, различие среднемесячных профилей озона, зарегистрированных над Московским регионом в ФИАН и с борта EOS AURA в марте 2005 г., не превосходит 7% в средней и верхней стратосфере. Эти профили отличаются не более, чем на 5% в области высот между 26 и 43 км и практически совпадают на 40-42 км.
Значительное внимание уделено наблюдениям мезосферного озона (выше 50 км). Впервые осуществлены одновременные наблюдения излучения из одного и того же участка неба ночного мезосферного озона на ММ-волнах (ФИАН) и гидроксила в инфракрасной области спектра (ИФА РАН). Зарегистрирован суточный ход мезосферного озона. Увеличение содержания мезосферного озона ночью соответствует выводам фотохимической теории. Обнаружены значительные межсуточные и более короткопериодные вариации ночного мезосферного озона.
В главе 6 рассмотрены закономерности высотно-временного распределения озона над Москвой и приведено обсуждение результатов наблюдений.
В разделе 6.1. представлены данные, иллюстрирующие изменчивость вертикального распределения озона различного масштаба времени. Обсуждаются особенности сезонного хода стратосферного озона, на фоне которого происходят более короткопериодные вариации. Анализ показал, что колебания в озоносфере с характерными временами от суток до нескольких недель связаны с изменениями других параметров стратосферы: высотой изобарических поверхностей (Н), потенциальной завихренностью (PV), температурой (T), общим содержанием озона (ОСО). Спектральный анализ временного хода содержания озона показал, что помимо гармонической составляющей с периодом 1 год и более короткопериодных изменений существует также спектральная составляющая с периодом, близким к двум годам. Последняя может быть обусловлена известной квазидвухлетней изменчивостью атмосферных процессов.
В разделе 6.2 представлены результаты анализа корреляционных связей между содержанием озона на разных высотных уровнях стратосферы и Н, PV, T и ОСО. В слоях стратосферы примерно до высот 40-45 км получены относительно высокие значения (по модулю) коэффициентов корреляции между Соз и PV, Соз и Н, Соз и ОСО. Например, коэффициенты корреляции для ОСО и Соз на высотных уровнях 10 мбар и 2,5 мбар составили 0,78 и 0,66 соответственно. Установленные связи между содержанием озона на разных высотах в средней и верхней стратосфере и другими упомянутыми параметрами атмосферы свидетельствуют о значительном влиянии динамических процессов на содержание озона в указанных слоях. Рассчитаны средние значения и среднеквадратические отклонения содержания озона для разных высотных уровней и сезонов, построены гистограммы для отклонений содержания озона от средних значений.
Наблюдения показали, что географическое расположение пункта наблюдений в Москве оказывается удобным для изучения вертикального распределения озона в воздухе, характерном для умеренных широт, а также и в воздухе полярного вихря при часто возникающей смене воздушных масс в стратосфере над Москвой в холодное полугодие. Воздух полярного вихря с пониженным содержанием озона может сохраняться над Москвой в холодные полугодия продолжительное время. Содержание озона в полярном вихре в слоях средней и верхней стратосферы может быть в 1,5-2 раз ниже содержания озона вне вихря.
Сделан вывод, что изменчивость озона, наблюдаемая на фоне сезонного хода, обусловлена процессами атмосферной динамики, приводящими к чередованию различных воздушных масс в стратосфере над Москвой, а обнаруженные межгодовые изменения в высотно-временном распределении озона отражают происходящие год от года изменения крупномасштабных атмосферных процессов.
В разделе 6.3 показано, что полученные в ФИАН данные свидетельствуют о постепенном увеличении содержания озона в средней и верхней стратосфере внутри полярного вихря к концу холодного периода, о возникающей при этом тенденции к постепенному уменьшению контраста между содержанием озона внутри вихря и вне его. Обнаружена значительная межгодовая изменчивость скорости увеличения озона в вихре в течение холодного периода.
В разделе 6.4 представлены результаты наблюдения колебаний содержания озона в средней и верхней стратосфере с периодами, характерными для планетарных волн. Установлена связь обнаруженных колебаний в озоносфере над Москвой со смещениями полярного вихря и с изменениями его формы. Область высот, на которых эти колебания содержания озона имеют заметную амплитуду, простирается до верхних слоев стратосферы. Наблюдения мезосферного озона (в ночное время) показали, что существует связь изменений содержания озона в верхней атмосфере с атмосферной динамикой.
В разделе 6.5 проанализированы результаты наблюдений на ММ-волнах содержания озона в верхних слоях стратосферы над Москвой. Получено, что среднемесячные значения Соз в чувствительных к техногенным воздействиям слоях верхней стратосферы (40-45 км), зарегистрированные на ММ-волнах над Москвой в последнее десятилетие, заметно ниже значений, полученных со спутников в конце 70-х - начале 80-х гг. Как известно из результатов фотохимического моделирования, такое понижение среднемесячные значения Соз на указанных высотах может быть связано с разрушением озона из-за техногенного загрязнения атмосферы хлоросодержащими веществами. Вместе с тем, результаты наблюдений на ММ-волнах над Москвой свидетельствуют в пользу представлений о замедлении долговременных потерь озона. Обнаруженное на ММ-волнах пониженное содержание озона в верхней стратосфере согласуется с результатами других экспериментов и с известными теоретическими данными. Сделан вывод о важности мониторинга атмосферного озона на ММ-волнах для ответа на вопросы о дальнейшем развитии изменений в озоносфере.
В разделе 6.6 представлено обсуждение полученных результатов. Дается краткий обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований по проблеме влияния полярного вихря, где происходит разрушение озона, на озоносферу в средних широтах. Установленный нами факт, что в воздухе полярного вихря в средней стратосфере продолжительное время сохраняется вертикальное распределение озона с пониженным содержанием, соответствует концепции изолированности воздуха полярного вихря от богатого озоном воздуха за пределами вихря. Представленные в разделе 5.4 результаты одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в ФИАН и в других обсерваториях показали, что явления значительного уменьшения содержания озона в средней и верхней стратосфере в холодные полугодия часто наблюдаются как в умеренных широтах (над Москвой), так и в высоких широтах. Вместе с тем, полученные нами результаты наблюдений показывают, что происходит постепенное увеличение содержания озона в вихре на высотах средней и верхней стратосферы к концу холодного периода, что можно объяснить известными данными о неполной изолированности воздушных масс в вихре. Скорость этого увеличения содержания озона в вихре определяется, по-видимому, интенсивностью перемешивания воздушных масс при активизации планетарных волн и определяется частотой и амплитудой колебаний полярного вихря, которые меняются год от года. Межгодовые изменения атмосферных процессов отражаются и на зарегистрированных нами связях Соз и PV. Аналогичные выводы об изменениях в озоносфере и их причинах сделаны авторами работ по наблюдениям озона в высоких широтах по программе POAM III.
Эффекты возникновения обнаруженных на ММ-волнах над Москвой деформированных профилей вертикального распределения озона, отражающих слоистую структуру на высотах около 30 км, нередко наблюдались нами в холодные полугодия и были зарегистрированы также из космоса с помощью радиометра MLS на борту спутника Aura. Изучение таких явлений необходимо, поскольку они оказывают влияние на распределение озона и на химию атмосферы.
Таким образом, радиофизические методы важны для исследования эволюции озоносферы.
Заключение содержит основные результаты работы и выводы.
Основными результатами работы являются следующие положения:
1. Выполнено теоретическое исследование спектров теплового радиоизлучения атмосферы, включающих линии озона, водяного пара, окиси хлора, окислов азота и др. газовых составляющих атмосферы, для различных условий наблюдения. Рассмотрены особенности этих спектров. Сформулирована задача создания чувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах. На основе численных экспериментов сформулированы требования к спектральной озонометрической аппаратуре, необходимой для мониторинга атмосферы методами миллиметровых волн. Сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований озоносферы, имеющих целью изучение её эволюции в условиях влияния естественных и техногенных возмущений.
2. Создана спектральная аппаратура, отвечающая сформулированным требованиям. Она отличается оригинальной конструкцией, оптимизированными характеристиками и по основному параметру - уровню собственных шумов - эта аппаратура превосходит современные зарубежные аналоги, работающие в том же диапазоне длин волн. Созданы эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, включающие решение обратной задачи - восстановление вертикального распределения озона из измеренных спектральных линий. Выполнены оценки точности восстановления вертикальных профилей озона. Показано, что спектральная приемная аппаратура с оптимизированными параметрами и разработанные математические методы обработки информации позволяют регистрировать вертикальное распределение озона в стратосфере и мезосфере с точностью, необходимой для решения сформулированных задач.
Созданная аппаратура была включена в состав глобальной озонометрической сети по международным программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000.
3. В результате многолетнего мониторинга озоносферы на ММ-волнах над Московским регионом получено высотно-временное распределение содержания озона, отражающее происходящие изменения в озоносфере.
Зарегистрированы и исследованы короткопериодные, сезонные и межгодовые изменения содержания озона. Исследованы явления в озоносфере, характеризуемые значительной деформацией профилей вертикального распределения озона, возникновением аномальных снижений содержания озона в стратосфере в холодные полугодия. Установлена связь этих явлений с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в стратосферном полярном вихре на озоносферу умеренных широт. Обнаружены пониженные среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к загрязнениям верхних слоях стратосферы.
4. Выполнены подспутниковые наблюдения вертикального распределения озона над Московским регионом с целью оценки (валидации) спутниковых методов наблюдений. Получено хорошее согласие результатов одновременных наблюдений в ФИАН и из космоса. Наблюдения из космоса выполнялись с помощью инфракрасных телескопов, запущенных на US Space Shuttle (программы CRISTA/MAHRSI), а также с помощью аппаратуры MLS на спутнике EOS Aura.
5. Впервые проведены наблюдения вертикального распределения озона на ММ-волнах из различных наземных пунктов: над Московским регионом в ФИАН и в зарубежных обсерваториях Франции и Швеции. Получены и проанализированы результаты одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах над Москвой и Шпицбергеном. В содружестве с ИПФ РАН выполнены первые одновременные наблюдения на ММ-волнах вертикального распределения озона над Москвой и в высоких широтах над Апатитами, сделаны практические шаги к созданию отечественной сети мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах,
6. Отмечена важность внедрения разработанных методов в народное хозяйство, в службу экологического мониторинга с целью оперативного обнаружения аномальных явлений в защитном озонном слое на ранних стадиях их развития и наблюдения за эволюцией этих явлений.
Перспективами работы являются следующие направления:
продолжение мониторинга вертикального распределения озона на ММ-волнах с целью исследования эволюции озоносферы в условиях влияния естественных и техногенных факторов (в содружестве с отечественными и зарубежными обсерваториями)
создание отечественной наземной озонометрической сети, работающей на миллиметровых волнах, с последующим включением ее в глобальную сеть
развитие мониторинга радиофизическими методами пространственно-временного распределения озона, окиси хлора и других важнейших малых газовых составляющих атмосферы, играющих ключевую роль в атмосферных процессах.
Таким образом, в диссертационной работе выполнены исследования по развитию перспективного направления - созданию отвечающей современным требованиям аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы, ее озонного слоя радиофизическими методами, выполнению мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах. В рамках этого направления в данной работе создана высокочувствительная спектральная аппаратура и эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, выполнен многолетний мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. Результаты первых одновременных наблюдений на миллиметровых волнах вертикального распределения озона, выполненных в ФИАН в содружестве с другими обсерваториями в умеренных и в высоких широтах, показали важность и реальность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы радиофизическими методами с последующей интеграцией ее в глобальную озонометрическую сеть.
В заключении необходимо отметить большой вклад проф. А.Е.Саломоновича, А.С.Хайкина и чл.-корр. РАН И.И.Собельмана в развитие данного научного направления.
Автор благодарен проф. Р.Л.Сороченко за консультации и помощь в работе, руководству и коллегам в ФИАН, а также коллегам в других организациях за содействие в работе.
Публикации по теме диссертации
Автором опубликовано свыше 100 работ по теме диссертации. Ниже представлены 40 работ из них, отражающих содержание результатов исследования.
1. Соломонов С.В. Радиофизические исследования озоносферы //Успехи соврем. радиоэлектроники - 2003. - №1.- С.9-25.
2. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Исследование вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере на миллиметровых волнах //Изв. вузов. Радиофизика. - 2003. - Т.46, №8-9.- С.764-770.
3. Solomonov S.V., Rozanov S.B., Kropotkina E.P., Lukin A.N. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy //Proc. SPIE. - 1998. - V.3406. - P.135-157
4. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Ponomarenko N.I., Rozanov S.B., Ellder J. Some features of the vertical ozone distribution from millimeter wave measurements at Pushchino and Onsala observatories //J. Atmos. Terr. Phys. - 1994. - V.56, No.1. - P.9-15.
5. Собельман И.И., Соломонов С.В., Сороченко Р.Л. Миллиметровые волны: новые возможности мониторинга озоносферы//Вестник РАН - 1993, т.63, №8, 721-729.
6. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Семенов А.И. Наблюдения мезосферного озона на миллиметровых волнах //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2001, №10, с.30-38.
7. Соломонов С.В., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Спектрорадиометр для дистанционного зондирования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах //Радиотехника и электроника. - 2000, т.45, №12, с.1519-1525.
8. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Леонов В.Н., Лукин А.Н., С.Б.Розанов. Подспутниковые измерения атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Всерос. научная конф. Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами, Муром, 20-22 июня 2001 г. Сборник докладов, Изд. ВГУ, Муром 2001, с.472-476.
9. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Изменения в озонном слое над Московским регионом по наблюдениям на миллиметровых волнах. //Краткие сообщения по физике ФИАН - 1998, № 1, с.23-27.
10. Кидиярова В.Г., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. О влиянии атмосферной динамики на вертикальное распределение озона по результатам наземных измерений на миллиметровых радиоволнах. Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1995, т.31, №1, с.81-87.
11. Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Определение вертикального профиля атмосферного озона по наземным измерениям излучения в миллиметровом диапазоне//Известия АН. Физика атмосферы и океана. - 1999, т.35, №1, с.86-95.
12. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Особенности вертикального распределения озона над Москвой зимой 1996 г. по наблюдениям на миллиметровых волнах в ФИАН //Краткие сообщения по физике ФИАН - 1997, № 1-2, с.75-82.
13. Соломонов C.В., Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах// Известия АН Физика атмосферы и океана.- 1993, - т.29, № 4, - с.525-531
14. Саломонович А.Е., Сороченко Р.Л., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б., Соломонов С.В., Гусев В.А., Павлов Г.А., Смирнов Г.Т., Цивилев А.П. Спектрорадиометр для наземных исследований атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм// Известия вузов. Радиофизика - 1990,-т.33,№5, С. 546-555.
15. Розанов С.Б., Платонов Ю.М., Лукин А.Н., Соломонов С.В. Охлаждемые квазиоптические поглощающие нагрузки для радиометров коротковолновой части миллиметрового диапазона волн// Радиотехника и электроника.- 1999, т.44,№3,С.359-365.
16. Розанов С.Б., Собельман И.И., Божков В.Г., Есепкина Н.А., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П., Круглов С.К., Никифоров П.Л., Перфильев В.И, Пирогов Ю.А., Саенко И.И., Соломонов С.В., Штанюк А.М. Создание радиоспектрометров в 1,5 и 2-миллиметровом диапазонах длин волн для атмосферных исследований с оптимизированными характеристиками// Известия вузов. Радиофизика. - 2005 - т.48, №10-11, С. 857-862.
17. Игнатьев А.Н., Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Пирогов Ю.А., Розанов С.Б., Соломонов С.В. Моделирование расчетов содержания окиси хлора в атмосфере по данным наземных наблюдений на миллиметровых волнах//Радиотехника и электроника - 2007- т.52, №5, С. 538-544.
18. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Леонов В.Н., Лукин А.Н.. Исследование особенностей вертикального распределения озона над Москвой //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2004.- №1.- С.23-31.
19. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Спектральные исследования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах //В монографии Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Под. ред. Л.Н.Синицы и Е.А.Виноградова. Томск: Изд. Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2004. С.52-85.
20. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Леонов В.Н., Лукин А.Н. Дистанционное зондирование атмосферного озона на миллиметровых волнах // Сб. докладов 21 Всерос. научн. конф. Распространение радиоволн, Йошкар-Ола 25-27 мая 2005 г. Т.1 - С. 246-250, Йошкар-Ола, Изд. МГТУ 2005.
21. Rozanov. S.B., Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Ignatyev A.N., Lukin A.N. Ground-based remote sensing of the atmospheric ozone over Moscow at millimeter waves //Proc. 13th SPIE Europ. Symp. on Remote Sensing, Stockholm, 11-14 Sept. 2006. - Proc. SPIE. - 2006. - V.6362, Paper No.6362-74.
22. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Результаты исследования озонного слоя на миллиметровых волнах над Московским регионом в 1986-1987 гг. //Вестник Московского университета. Серия 3.Физика. Астрономия. 1998, №4, с.16-19.
23. Cоломонов С.В.Розанов С.Б. Мониторинга атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Электроника НТБ, 2002, №2, с.62-65.
24. Solomonov S.V.а,.аKropotkina E.P, Rozanov S.B.а, Lukin A.N.а Variations of the stratospheric ozone vertical distribution from results of ground-based remote sensing at millimeter waves, in IRSа2000: Current Problems in Atmospheric Radiation, W.L.Smith and Yu.M.Timofeyev (Eds.). A.Deepak Publishing, Hampton, Virginia, 2001. - P.1150-1152.
25. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Rozanov S.B. Millimeter-wave investigations of the vertical ozone distribution over Moscow //Proc. 4th Int. Symp. on Phys. and Engineering MM and subMM Waves, Kharkov, June 4-9, 2001. - V.1. - P.445-447. Харьков: Изд. ИРЭ НАНУ, 2001.
26. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Результаты дистанционного зондирования стратосферного и мезосферного озона на миллиметровых волнах //Труды ХХ Всерос. конф. по распростр. радиоволн, Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г. - С.362-363. Н.Новг.: Изд. НИРФИ, 2002.
27. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Ponomarenko N.I. Investigations of vertical ozone distribution from millimeter-wave observations// 16-th General Assembly of the European Geophys. Society, Wiesbaden, 1991, Annales Geophysicae Atmosphere 1991, Supplement to v.9.
28. Кропоткина Е.П., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Соломонов С.В. Исследование изменений вертикального распределения озона над Москвой и Апатитами на миллиметровых волнах//Изв. вузов. Радиофизика. - 2005. - Т.48, №10-11.- С.899-904.
29. Кропоткина Е.П., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Соломонов С.В. Исследование пространственно-временного распределения стратосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах в умеренных и высоких широтах //Изв. вузов. Радиофизика. - 2007. - Т.50, №10-11.- С.954-960.
30. Solomonov S.V., Rozanov S.B., Kropotkina E.P., Lukin A.N. Investigation of the altitude ozone distribution by millimeter wave spectrometer, in CRISTA/MAHRSI Campaign 2. Handbook. - Prep. By G.Lemacher and D.Offermann. Physics Departament. University of Wuppertal, - Wuppertal, Germany, 1997. с. 68-70.
31. Логвиненко С.В., Соломонов С.В., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Автоматизированные наземные измерения спектров радиоизлучения атмосферного озона на частотах вращательного перехода 100,10-101,9 (142175 ГГЦ) //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 1997, №5-6, с.40-46.
32. Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Спектры субмиллиметрового излучения атмосферы Земли в космос// Исследование Земли из космоса - 1988, №1, с.81-88.
33. Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Саломонович А.Е., Соломонов С.В. Результаты наземных наблюдений атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм. В сборнике Атмосферный озон. Ред. Г.А.Кокин. - М.: Гидрометеоиздат. 1990, 17-23.
34. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Пономаренко Н.И., Розанов С.Б. Дистанционное зондирование озонного слоя на миллиметровых волнах. В сборнике Исследование атмосферного озона. Ред. Н.А.Зайцева, В.У.Хаттатов - М.: Гидрометеоиздат, 1992, с.137-142.
35. S.V.Solomonov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin, S.B.Rozanov. Ground-based monitoring of stratospheric ozone at millimeter-waves //Proc. Intern. Symp. Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves, Kharkov, June 7-10, 1994. - V.III. -. Kharkov, IRE NASU, 1994. P.584-587
36. Перминов В.И., Кропоткина Е.П., Перцев Н.Н., Соломонов С.В., Розанов С.Б., Лукин А.Н. Определение концентрации основных и малых газовых составляющих атмосферы на высотах мезопаузы //Геомагнетизм и аэрономия, 2002. - Т.42, №6. - С.814-820.
37. Розанов С.Б., Соломонов С.В., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П. Оптимизация характеристик радиоспектрометров миллиметрового диапазона волн для исследований озона и окиси хлора в атмосфере Земли// Физические проблемы экологии (экологическая физика) №12 - Сборник научных трудов, Москва, МАКС ПРЕСС, 2004, С.186-199.
38. Rozanov B.A., Solomonov S.V., Zrazhevsky A.A., Nagnibeda V., Kropotkina E.P., Rozanov S.B., Zharkova N.A., Lebedjuk T., Fetisov I., Loukicheva M. The atmospheric and solar investigations at millimeter waves// Journal of the Bauman Moscow State Technical University. Natural Sciences&Engineering - 2004 ЦP.211-216.
39. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Исследование изменений в озоносфере радиофизическими методами. Труды четвертой Всеросс. Конф. Необратимые процессы в природе и технике, 29-31 января 2007 г., Москва, ФИАН 2007,. Сборник научных трудов, ч.1, с. 78-81.
40. Соломонов С.В., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б.. Мониторинг вертикального распределения озона на миллиметровых волнах. Труды XXII Всероссийской научной конференции Распространение радиоволн, РРВ-22, 22-26 сентября 2008 г., Ростов-на Дону, п. Лоо, изд. ФГОУ ВПО Южный федеральный университет, Актуальные проблемы современной науки, г. Ростов-на-Дону, 2008 г. Сборник научных трудов, т.3, с.9-12.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике