Климатические характеристики полей длинноволновой радиации в свободной атмосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, доктор географических наук Зайцева, Нина Александровна

  • Зайцева, Нина Александровна
  • доктор географических наукдоктор географических наук
  • 2003, МоскваМосква
  • Специальность ВАК РФ25.00.30
  • Количество страниц 190
Зайцева, Нина Александровна. Климатические характеристики полей длинноволновой радиации в свободной атмосфере: дис. доктор географических наук: 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология. Москва. 2003. 190 с.

Оглавление диссертации доктор географических наук Зайцева, Нина Александровна

Введение

Глава 1 Обзор методов исследования длинноволновой (ДВ) радиации в атмосфере

1.1. Теоретические исследования переноса ДВ радиации в атмосфере

1.2. Методы расчета тепловой радиации в атмосфере

1.3. Экспериментальные исследования потоков ДВ радиации в атмосфере

Глава 2 Актинометрическое радиозондирование атмосферы на сети АРЗ, научно-исследовательских судах и в Антарктиде

2.1 Актинометрический радиозонд АРЗ-ЦАО

2.2. Точность измерения потоков и притоков ДВ радиации с помощью АРЗ

2.3. Сеть актинометрического радиозондирования СССР.

2.4. Справочные данные АРЗ

Глава 3 Климатические характеристики радиационных параметров свободной атмосферы над территорией бывшего СССР

3.1. Средние многолетние характеристики

3.2. Сезонные изменения полей ДВ радиации

3.3. Пространственная изменчивость полей ДВ радиации

3.4. Суточный ход ДВ радиации в атмосфере

3.5. Модель стандартной радиационной атмосферы (длинноволновая радиация)

Глава 4 Потоки длинноволновой радиации над океанами

4.1. Меридиональные изменения

4.2. Изменчивость полей ДВ радиации в свободной атмосфере на полигонах АТЭП-74 и МОНЭКС

4.3. Статистические характеристики поля теплового излучения в центральной Атлантике

4.4. Результаты многолетнего и сетевого актинометрического радиозондирования применительно к задачам климата

Глава 5 Длинноволновая радиация в атмосфере Антарктиды

5.1. Экспериментальные наблюдения ДВ радиации в советских антарктических экспедициях (САЭ)

5.2. Результаты многолетних исследований ДВ радиации в атмосфере Антарктиды

5.3. Статистические характеристики полей ДВ радиации в Антарктиде

5.4. Модель стандартной радиационной атмосферы в условиях Антарктиды

5.5. Влияние облаков на перенос ДВ радиации в

Антарктиде

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Метеорология, климатология, агрометеорология», 25.00.30 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Климатические характеристики полей длинноволновой радиации в свободной атмосфере»

Основой энергетики земной атмосферы является лучистый теплообмен. Радиация - единственный вид энергии, посредством которого осуществляется обмен между климатической системой и внешним пространством. Это - основной физический фактор, приводящий к возникновению циркуляции атмосферы и океанических течений. Вместе с тем, влияние антропогенной нагрузки на климат также осуществляется через радиационные процессы, поэтому в задачах долгосрочного прогноза погоды, общей циркуляции атмосферы, теории климата и ряда других необходимо учитывать радиацию. Для этого нужны данные об альбедо системы, пропускании и поглощении атмосферой солнечного и теплового излучения, а также эффективный поток излучения, дивергенция которого является радиационным выхолаживанием или нагреванием слоя или системы. Необходимо знать связи между указанными радиационными характеристиками, оптическими величинами, непосредственно их определяющими, оптически и ра-диационно активными составляющими атмосферы и полями метеорологических элементов. В связи с интенсивным развитием теоретических исследований процессов атмосферной циркуляции ощущается острая потребность в количественных обобщениях данных по радиации, что нашло соответствующее отражение в решении Международной ассоциации метеорологии и физики атмосферы (МАМФА, 1986) о разработке стандартной радиационной атмосферы, а также в организации долгосрочных и широкомасштабных программ исследований климата - таких как Всемирная программа исследований климата (ВПИК, 1984) и Советской программы климатологии облачности и радиации (СПКОР, 1986-1992).

В земной атмосфере, представляющей собой определенную термодинамическую систему, первичным источником энергии служит солнечная радиация. Отсюда все атмосферные процессы являются лишь различными формами превращения солнечной энергии в системе "земная поверхность -атмосфера". Первым звеном в цепи таких процессов является взаимодействие солнечной радиации (область 0.3-3.0 мкм) с атмосферой, через которую она проходит почти невозмущенной (потери происходят лишь за счет молекулярного рассеяния и частичного поглощения) и земной поверхностью, где она поглощается почти полностью. В результате атмосфера приобретает энергию главным образом в форме тепла, явного или скрытого. Излучение земной поверхности и его преобразование в атмосфере формируют потоки длинноволновой радиации (область 3.0-30 мкм).

Вследствие сферичности и вращения Земли и окружающей ее атмосферы, а также неоднородности поверхности приток тепла происходит неравномерно. В неоднородном температурном поле под действием силы тяжести возникают барические градиенты, приводящие в движение слои атмосферного воздуха. Возникающие движения различных масштабов, модифицированные трением и отклоняющей силой вращения, переносят и изменяют поля других метеорологических величин, включая источники и стоки атмосферной радиации.

Можно ли, опираясь лишь на известные физические законы, теоретически описать радиационное поле земной атмосферы? Современный уровень знаний не позволяет ответить на этот вопрос утвердительно. Причина заключается в том, что атмосферный перенос, существенно преобразующий поле радиации, по своему характеру является турбулентным и, в силу этого, не может быть описан исчерпывающим образом с помощью динамических (в противоположность статистическим) законов. Это означает, что поле радиации в атмосфере, в большой степени определяемое характером атмосферных движений, является стохастическим. Описание такого поля возможно лишь с помощью статистических параметров, значения которых определяются из наблюдений.

Свойственная атмосферным полям изменчивость, зависимость их состояния от времени суток, сезона и географического расположения в полной мере характерна также и для радиационного поля, поэтому задача экспериментального определения радиационных характеристик атмосферы могла бы быть решена на основе регулярно действующей планетарной сети станций, плотность которой должна соответствовать естественной изменчивости радиационных полей и не только у поверхности, но и непосредственно в атмосфере. Одна из важнейших проблем метеорологии -учет неадиабатичности процессов, формирующих общую циркуляцию атмосферы, в части, касающейся радиации, может быть успешно решена лишь путем использования полуэмпирических схем и методик статистической параметризации с максимальным использованием экспериментальных данных.

Оценка эффектов неадиабатичности может быть осуществлена на основе измерений потоков и баланса длинноволновой радиации, осуществляемых системой, контролирующей балльность облачности. Пространственная адекватная картина распределения ДВ радиации позволяет построить реальное поле энергетическое поле атмосферы и его эволюцию во времени. Экспериментальные данные подобного рода уточняют начальное состояние атмосферы, знание которого необходимо для прогноза. Очевидно, что обычно используемые в прогностических схемах климатологические данные о распределения характеристик в исходных энергетических полях уступают по точности экспериментально наблюденным распределениям в конкретный момент времени. Решение проблемы получения мгновенных данных об энергетическом поле атмосферы означало бы путь к созданию научных основ средне- и долгосрочного прогноза погоды и предвычисле-ния долговременных изменений климата. В настоящее время решение таких задач осуществляется на основе математического моделирования, эффективность которого определяется точностью и степенью полноты данных об эмпирических параметрах, в частности, радиационных. В свете этого, инструментальные наблюдения радиационного поля в атмосфере приобретают фундаментальное значение. Совершенствование и развитие инструментальной базы и осуществление наблюдений с целью определения эмпирических параметров составляют те ключевые проблемы, решение которых является необходимым условием для дальнейшего уточнения научных представлений и их эффективного приложения.

Актуальность данной работы определяется необходимостью изучения поля радиации, как одного из основных факторов, нарушающих адиабатичность атмосферных процессов. Наиболее важными задачами метеорологической науки являются задачи создания методов долгосрочного прогнозирования состояния атмосферы и моделирования процессов общей циркуляции атмосферы, в которых используются гидротермодинамические и физико-статистические методы. Успешное решение этих задач во многом определяется необходимостью учета наряду с другими факторами всех видов притоков тепла и, в частности, притоков тепла вследствие переноса лучистой энергии в атмосфере. В то же время успешному решению задачи учета радиационных процессов в численных схемах прогноза погоды препятствует исключительная их сложность и недостаточная изученность.

Проблема энергетики атмосферных процессов является одной из центральных проблем метеорологии. Для исследования физических закономерностей , определяющих крупномасштабные динамические и энергетические процессы в атмосфере, усовершенствования методов прогноза погоды и изучения климата необходимы данные о лучистом теплообмене и методы его расчета. Поэтому начало активных исследований с целью создания численных методов анализа и прогноза погоды (1970-е) ознаменовалось большим вниманием к теплообмену и появлением практических работ по общей циркуляции атмосферы с включением конкретных видов теплообмена, в частности, лучистого. Без учета влияния радиации невозможно построение сколько-нибудь корректной схемы численного прогноза погоды. Наиболее сложным в этих схемах является учет неадиабатичности атмосферных процессов, поэтому успешному решению этой задачи в теоретическом плане препятствует исключительная сложность процессов переноса излучения в свободной атмосфере.

Основная часть коротковолновой радиации трансформируется на границах раздела сред (атмосфера - подстилающая поверхность, границы облачности). В атмосфере могут наблюдаться значительные эффекты ослабления коротковолновой радиации за счет влияния озона, аэрозоля или других факторов, но это влияние можно учесть введением средних характеристик. Трансформация же длинноволновой радиации происходит в самой атмосфере, причем в основном в тропосфере.

Длинноволновая радиация является единственным мощным фактором потери тепла системой Земля-атмосфера, а также одним из важных факторов перераспределения энергии в свободной атмосфере, формирующих поле температуры. Перенос длинноволновой радиации является одной из причин неадиабатичности атмосферных процессов, однако теоретические расчеты переноса длинноволновой радиации сложны и недостаточно точны из-за отсутствия информации о распределении поглощающих субстанций атмосферы. Даже сейчас, при наличии сверхмощных ЭВМ расчеты поля длинноволновой радиации достаточно успешно проводятся только для безоблачных условий и некоторых типов облаков (слоистые с неограниченной протяженностью облачных слоев по горизонтали).

Отсутствие простых и надежных методов расчета потоков радиации привело к развитию экспериментальных методов изучения длинноволновой радиации в свободной атмосфере. Наиболее активно эти работы развивались в 1960-1970-х годах прошлого века. Для этого используются: 1) аэростатный метод; 2) самолетный метод; 3) метод искусственных спутников; 4) метод актинометрических радиозондов. Основными недостатками аэростатных и самолетных методов являются ограниченность их применения условиями погоды, а также невозможность получения статистически значимых рядов наблюдений. Информация с искусственных спутников Земли дает надежные статистические характеристики поля только уходящей, т.е. направленной вверх радиации, но интерпретировать эти результаты, а также изучать трансформацию поля радиации в атмосфере на этом материале невозможно.

Важным достижением 1960-х гт. явилась разработка актинометриче-ских радиозондов, предназначенных для измерения потоков и баланса длинноволновой (область 3 -30 мкм) радиации в ночное время. Советский актинометрический радиозонд АРЗ был создан и успешно испытан в начале 1960-х и уже через несколько лет в стране была создана вначале экспериментальная сеть из 3-5-ти станций актинометрического радиозондирования, а затем организована более обширная сеть из 15 станций на территории бывшего СССР. В 1970-1980-х, радиозонды АРЗ выпускались не только на сети, но и на судах погоды в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах и в Антарктиде. Накоплен обширный материал наблюдений, позволивший исследовать закономерности изменения длинноволновой радиации в свободной атмосфере на разных широтах, в различных сезонах года и при разных условиях облачности.

Цель настоящей работы заключается в получении статистически достоверных экспериментальных данных о строении изменчивости полей ДВ радиации в свободной атмосфере, основанных на результатах многолетней работы по сбору и обобщению данных актинометрического радиозондирования на территории бывшего СССР, в полярных регионах, над океанами и результатах анализа полученных данных. Результатами работы являются описание основных закономерностей пространственного распределения и временных вариаций поля длинноволновой радиации в свободной атмосфере практически в глобальном масштабе, построение эмпирической модели радиационной атмосферы и данные о радиационных характеристиках облаков различных форм.

В 1960-1980-х, автором была выполнена работа по организации сети актинометрического радиозондирования: разработка методических указаний "Методика эксплуатации актинометрического радиозонда АРЗ", вып. 42, Москва, 1971 г., регулярное методическое руководство станциями, включающее также проведение методических инспекций и рабочих семинаров; проверку качества поступающих с сети материалов, их архивация и статистическая обработка. В результате этой работы выполнен анализ пространственно-временной изменчивости поля ДВ радиации в свободной атмосфере в глобальном масштабе, получены статистически достоверные климатические характеристики потоков и притоков длинноволновой радиации, опубликованные в трех выпусках справочников, построена эмпирическая модель стандартной радиационной атмосферы для длинноволновой радиации и проверена ее работоспособность для различных условий. Результаты работы опубликованы в центральных отечественных и международных журналах.

Работа состоит из введения, пяти глав и заключения.

В первой главе дается обзор методов исследования длинноволновой радиации в атмосфере. Кратко описаны экспериментальные исследования потоков длинноволновой радиации в атмосфере, упомянуты теоретические исследования переноса длинноволновой радиации в атмосфере и выполнен анализ методов расчета тепловой радиации в атмосфере.

Вторая глава описывает историю развития актинометрического радиозондирования (АРЗ) атмосферы в СССР: организацию регулярно действующей сети АРЗ на территории бывшего СССР, выпусков актиномет-рических радиозондов на научно-исследовательских судах и в Антарктиде. Дано описание прибора АРЗ, приведены оценки точности измерения потоков и притоков ДВ радиации с помощью АРЗ-1. На основе созданного архива многолетних измерений потоков ДВ радиации получены и опубликованы справочные данные (3 тома) о полях длинноволновой радиации в свободной атмосфере над территорией бывшего СССР.

В третьей главе анализируются климатические характеристики радиационных параметров свободной атмосферы. Представлены средние многолетние характеристики, предложена эмпирическая модель стандартной радиационной атмосферы, построены карты, иллюстрирующие пространственную изменчивость полей ДВ радиации. Отдельно анализируется связь потоков ДВ радиации с облаками различных форм.

Глава 4 посвящена изложению результатов анализа распределения потоков ДВ радиации над океанами: Меридиональные изменения, изменчивость полей ДВ радиации в свободной атмосфере на полигонах АТЭП-74 (Атлантический океан) и МОНЭКС-79 (Индийский океан), построены радиационные модели тропической атмосферы над океанами.

В пятой главе анализируется длинноволновая радиация в атмосфере Антарктиды. Описана последовательность проведения экспериментальных наблюдения ДВ радиации в советских антарктических экспедициях и приведены результаты многолетних исследований ДВ радиации в атмосфере Антарктиды, показаны статистические характеристики полей ДВ радиации в Антарктиде.

Работа завершается заключением, в котором резюмируются основные результаты проведенного исследования и формулируется ряд проблем, еще не получивших своего исчерпывающего решения, которые автор, в виду их актуальности рекомендует в качестве первоочередных задач возрождающейся инструментальной метеорологии.

Похожие диссертационные работы по специальности «Метеорология, климатология, агрометеорология», 25.00.30 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Зайцева, Нина Александровна

Заключение

В заключение подведем итоги выполненному в диссертации анализу климатических характеристик полей длинноволновой радиации в свободной атмосфере (тропосфере и нижней стратосфере), полученных главным образом методом актинометрического радиозондирования.

Необходимость изучения поля радиации определяется тем, что это один из основных факторов, нарушающих адиабатичность атмосферных процессов. Отсутствие простых и надежных методов расчета потоков и притоков радиации привело к развитию экспериментальных методов изучения длинноволновой радиации в свободной атмосфере, одним из которых является актинометрическое радиозондирование. В отличие от аэростатных и самолетных методов актинометрические радиозонды позволяют осуществлять регулярные наблюдения и получать статистически обеспеченные ряды наблюдений.

В период с 1962 по 1985 гг. организован и осуществлен уникальный долговременный и крупномасштабный эксперимент по измерению потоков и притоков длинноволновой радиации в атмосфере от поверхности Земли до высот 25-30 км. Созданный в Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета актинометрический радиозонд (разработчик прибора -к.ф.-м.н. Г.Н. Костяной) был внедрен на 15 аэрологических станциях на территории бывшего СССР, на советских судах погоды и на трех антарктических -станциях в Антарктиде. Собран обширный материал, позволивший получить статистически обеспеченные ряды данных и вычислить надежные климатические характеристики полей ДВ радиации на разных уровнях, разных широтах и в различных синоптических условиях.

Актинометрические радиозонды (АРЗ) представляют собой не только достаточно точные но и наиболее дешевые приборы для широкомасштабного исследования глобального поля ДВ радиации в свободной атмосфере. Простота конструкции и методики эксплуатации радиозонда и достаточная точность определения всех параметров позволяют успешно решить с помощью этого прибора многие геофизические задачи. Сеть актинометрического радиозондирования, выполнявшая регулярные выпуски АРЗ, существовала только в бывшем СССР.

Для каждой из 15 аэрологических станций сети АРЗ на территории бывшего СССР впервые рассчитаны средние многолетние величины потоков ДВ радиации на стандартных барических уровнях и параметры их изменчивости. Вертикальные профили радиационных параметров по многолетним данным оказались подобными по всем станциям сети большого географического региона. Локальные особенности проявляются лишь в смещении профиля на постоянную для данного пункта величину, а также в незначительных нерегулярных вариациях. По каждому из параметров зондирования: восходящий поток et, нисходящий поток el, эффективное излучение В (величина обратная балансу радиации) и скорость радиационного изменения температуры воздуха d77ck) рассчитаны средние вертикальные профили. Средний профиль позволил установить основные закономерности систематического изменения поля ДВ радиации с высотой, рассчитать характерные значения вертикальных градиентов радиационных потоков в различных слоях атмосферы. Восходящий поток уменьшается с высотой медленнее чем нисходящий, вследствие чего их разность - эффективное излучение системы "земная поверхность - атмосфера", с высотой возрастает. Основная трансформация радиационного поля происходит в атмосфере.

По осредненному профилю эффективного излучения рассчитаны средние скорости радиационного изменения температуры воздуха в различных слоях атмосферы. В среднем за год на всех уровнях имеет место радиационное выхолаживание, но неравномерное. В основной толще тропосферы оно равно 0.035-0.040 °С/ч, в нижней тропосфере (1000-900 гПа) dr/dx уменьшается до 0.030 °С /ч, около тропопаузы - до 0.012 °С /ч, и только в стратосфере наблюдается систематическое увеличение радиационного выхолаживания с высотой.

Оценены межгодовые изменения поля ДВ радиации. В тропосфере колебания нисходящего потока от года к году не превышает 10%, колебания восходящего потока и эффективного излучения несколько больше, но и они не превышают 15-20%. Обнаружена несомненная связь между изменениями поля ДВ радиации и вариациями атмосферной циркуляции от года к году. В поле ДВ радиации обнаруживается сезонная периодичность с почти постоянной амплитудой. Амплитуда сезонных изменений восходящего и нисходящего потока с высотой заметно уменьшается, а сезонные изменения эффективного излучения, наоборот, с высотой возрастают. Главная причина этого явления в том, что амплитуда сезонных изменений в нисходящем потоке убывает с высотой значительно быстрее, чем в восходящем. Годовые амплитуды величин потоков радиации очень устойчивы от года к году, сдвиг по фазе с высотой не наблюдается. Понятно, что вертикальные изменения еТ и е-l летом происходят быстрее, чем зимой.

На всех дальневосточных и южных станциях обнаружено "обращение" амплитуд сезонных изменений нисходящего потока в стратосфере. Летом он оказывается меньше, чем зимой. Причиной этого "обращения" скорее всего является "обращенный" годовой ход общего содержания озона в стратосфере. Так как оно убывает в направлении от полярных широт к тропическим, то на южных и дальневосточных станциях в силу региональных особенностей атмосферной циркуляции в летнее время - вторжения тропических воздушных масс - содержание озона летом и его излучение должно быть меньше, чем зимой.

Сопоставление потоков радиации с температурой и влажностью воздуха приводит к выводу, что профили еХ и е-l наилучшим образом коррелируют с температурой воздуха на данном уровне. Построенная по данным

АРЗ радиационная модель атмосферы для длинноволновой радиации имеет трехслойную структуру, соответствующую слою тропосферы, зоне тропопаузы и нижней стратосфере. Другими словами, радиационная структура обнаруживает подобие с температурной стратификацией. Подобной аналогии следовало ожидать ввиду выявленной тесной связи термического и радиационного полей. Однако менее очевиден, но статистически подтвержденный вывод о том, что коэффициент серости в пределах каждого из слоев радиационной модели имеет определенное характерное для этого слоя приближенно постоянное значение.

Параметры стандартной актинометрической атмосферы могут быть использованы как для оценки энергетического баланса атмосферы, так и для вычисления климатологических характеристик поля ДВ радиации. Эффективное излучение всей системы земная поверхность-атмосфера в целом за год изменяется значительно меньше, чем составляющие баланса ДВ радиации - восходящий и нисходящий потоки. Это значит, что ДВ радиация дает примерно постоянный вклад в изменение температуры воздуха в течение всего года, что и надо учитывать в математических моделях и долгосрочном прогнозе погоды.

Меридиональный ход радиационных потоков над океанами обнаруживает много сходных черт - минимум эффективного излучения в зоне тропической конвергенции вследствие большой влажности воздушных масс и большой повторяемости облаков, максимумы эффективного излучения имеют место в областях субтропических антициклонов. Наибольшие горизонтальные градиенты потоков наблюдаются на 10-х и 40-х параллелях, выявлено значительное влияние облаков.

Радиационные притоки тепла необходимы для сопоставления с другими формами теплообмена при оценке энергетического состояния атмосферы. Полученные соотношения между элементами атмосферной циркуляции и радиационного баланса показывают, что чем больше колебания радиационного баланса, тем меньше влияние колебаний давления на колебания температуры и тем больше вклад самих колебаний радиационного баланса в колебания температуры. Наименьшие значения радиаицонного баланса могут быть при весьма больших амплитудах колебаний давления, но малых по амплитуде колебаний температуры. Радиационный баланс имеет также малые амплитуды колебаний при больших амплитудах колебаний температуры, но малых по амплитуде колебаний давления. Получены данные, свидетельствующие о том, что радиационные эффекты наиюо-лее выражены в нижней тропосфере и в стратосфере. Рль радиации в формировании термического поля верхней тропосферы и нижней стратосферы незначительна.

В океанографических экспериментах Программы исследования глобальных атмосферных процессов (1972-1979 гг.) собрано около 1400 выпусков АРЗ над океанами. Выполненный над океанами статистический и физический анализ временной и пространственной изменчивости ДВ радиации показал исключительное своеобразие процессов переноса ДВ радиации в тропиках. Построены эмпирические радиационные модели для тропической атмосферы.

Анализ данных АРЗ в разных синоптических ситуациях позволил получить характерные значения потоков и притоков радиации для разных типов облаков. При сплошной облачности и в ясные ночи изменение восходящих потоков ДВ радиации в зимнее время не превышает ±5-7%, а в случаях переменной облачности может достигать ±10-12% за 2-4 часа. И в летнее и в зимнее время облачность определяющим образом влияет на перенос ДВ радиации в атмосфере. Во всех случаях, когда наблюдается увеличение облачности до значительной, эффективное излучение в стратосфере уменьшается на 55-70 Вт/м2. Зимой изменчивость восходящего потока несколько меньше, чем летом. Межсуточная изменчивость потоков ДВ радиации при резкой смене условий облачности может достигать 50

100%. И зимой и летом в условиях неустойчивой облачности поле ДВ радиации претерпевает значительные изменения.

Наиболее активными в радиационном отношении являются слоисто-дождевые и кучево-дождевые-облака, что объясняется их большой водностью и значительным вертикальным развитием. В нижней части этих облаков эффективное излучение почти везде отрицательно. Характерно, что при облаках всех видов сезонные различия потоков и эффективного излучения меньше, чем в безоблачной атмосфере. Уменьшение годовых амплитуд наблюдается и на уровне тропопаузы и в стратосфере и это означает, что облака в целом сглаживают сезонные вариации радиационного поля во всей толще атмосферы.

Проанализирована изменчивость полей ДВ радиации в Антарктиде -области глобального стока тепла. Получены оценки средних профилей потоков и радиационного выхолаживания. Показано существенное отличие излучательной способности облаков в Антарктиде от излучения абсолютно черного тела. Выявлена и аппроксимирована зависимость между излучательной способностью и температурой облаков, которая может быть использована в расчетах излучения атмосферы при облачном небе. Впервые для Антарктиды получены статистически обеспеченные климатические характеристики ДВ радиации. Поле ДВ радиации в районе антарктического побережья формируется в основном под влиянием облачности, а в центральной Антарктиде - под влиянием стратификации атмосферы. Облачность и инверсии температуры вызывают возникновение очага радиационного выхолаживания, достигающего 2-3 °С /сутки в слое 1-3 км. Вклад облачности в изменчивость потоков ДВ радиации превышает 50%. Возрастание интенсивности межширотного обмена от лета к зиме обусловливает соответствующее увеличение изменчивости ДВ радиации.

Список литературы диссертационного исследования доктор географических наук Зайцева, Нина Александровна, 2003 год

1. Барашкова Е.П. Некоторые закономерности вертикального распределения восходящего длинноволнового излучения. // Труды ГГО, 1968 г., вып 221.

2. Белинский В.А. Опыт измерения компонент радиационного баланса в свободной атмосфере. //Труды ЦАО, 1947 г., вып. 2.

3. Белов В.Ф., Зайцева Н.А., Костяной Т.Н., Шляхов В.И. Актинометрическое радиозондирование атмосферы над Атлантическим океаном // Метеорология и гидрология, 1967, № 4, с. 97-101.

4. Белов В.Ф., Зайцева Н.А., Костяной Г.Н., Шляхов В.И. Предварительные результаты исследования поля длинноволновой радиации в Антарктиде. // Метеорология и гидрология, 1971, № 5, с. 30-36.

5. Блинова Е.Н. Состояние и ближайшие задачи гидродинамической теории климата и долгосрочного прогноза погоды // Известия АН СССР, Серия геофизическая, 1964, № 1.

6. Бритаев А.С., Зайцева Н.А., В.И. Шляхов Радиационные потоки и озон в атмосфере. Труды ЦАО, "Аэрология-1970", 1971, с. 153-166.

7. Борисенков Е.П. Вопросы энергетики атмосферных процессов // Л., Гидрометеоиздат, 1960, 283 с.

8. Гаевский В.Л. Профиль потоков длинноволновой радиации в облаках. //В сб. "Исследование облаков, осадков и грозового электричества", 1961 г., Изд-во АН СССР.

9. Гайгеров С.С., Кастров В.Г. Исследование термической трансформации движущегося воздуха по результатам полетов свободных аэростатов. // Труды ЦАО, 1952, вып. 6.

10. Гайгеров С.С., Кастров В.Г. Результаты научных наблюдений в длительном полете свободного аэростата 25-28 октября 1950 г. // 1953 г., вып. 10.

11. Гайгеров С.С., Кастров В.Г. Некоторые обобщения относительно термической трансформации воздуха на основании полетов свободных аэростатов. // Труды ЦАО, 1954 г., вып. 13.

12. Гинзбург А.С. Расчет потоков теплового излучения по материалам экспедиции АТЭП. // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1979 г., т. 15, №3.

13. Гинзбург А.С., Костяной Г.Н., Мулламаа Ю.-А.Р. Предварительная радиационная модель облачной атмосферы (тепловое излучение и кучевые облака). // Москва, АН СССР, препринт, 1977, 50 с.

14. Гинзбург А.С., Нийлиск Х.Ю. Сравнение различных методов расчета поля длинноволновой радиации. // В кн.: Теплообмен в атмосфере., М., Наука, 1972.

15. Гинзбург А.С., Фейгельсон Е.М. Приближенные методы расчета потоков и притоков тепла в тропосфере // Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, 1970, т.6, № 5.

16. Гинзбург А.С., Фейгельсон Е.М. Параметризация лучистого теплообмена в моделях общей циркуляции атмосферы. // В кн. "Физика атмосферы и проблема климата", 1980 г., М., Наука.

17. Голубицкий Б.М., Москаленко М.И. Функции спектрального пропускания в полосах паров Н20 и С02. // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1968 г., т. 3, № 3, с. 346-359.

18. Горбунова Т.Н., Дмитриева-Арраго Л.Р., Зайцева Н.А., Самойлова Л.В. О возможности определения радиационных притоков по данным АРЗ. // В Сб. "Тезисы докладов XI Всесоюзного совещания по актинометрии", 1980, ч. IV, "Радиационная энергетика", с. 84-88.

19. Градус JI.M., Нийлиск Х.Ю., Фейгельсон Е.М. Построение функции пропускания атмосферы для учета длинноволнового радиационного притока в задачах динамической метеорологии // Сборник "Актинометрия и оптика атмосферы", 1968, Таллин, Валгус, с. 143-157.

20. Градус Л.М., Нийлиск Х.Ю., Фейгельсон Е.М. Интегральная функция пропускания для облачных условий. // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1968 г., т. 4, № 4, с. 397-413.

21. Гуди P.M. Атмосферная радиация // М., Мир, 1966.

22. Гусев A.M. Тепловой баланс Антарктики. // В сб. Антарктика, 1962, АН СССР, с. 12-17.

23. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. // М., Наука, 1967 г.

24. Долгин М.И. О влиянии температуры на формирование потоков длинноволновой радиации в атмосфере Антарктиды. // Проблемы Арктики и Антарктики, 1984, вып. 58, с. 72-76.

25. Долгин М.И., Зайцева Н.А., Розанов Е.В. Чувствительность длинноволновой радиации в атмосфере Антарктиды к изменению некоторых формирующих ее параметров. // Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, 1986, т. 22, № 1, с. 17-23.

26. Евсеева М.Г., Михайлова В.Е., Подольская Э.Л., Терещенко В.Г. Расчет интегральной функции пропускания для водяного пара и исследование ее зависимости от давления и температуры. // Труды ЛГМИ, 1974 г., вып. 49, с. 143-158.

27. Завьялова И.Н. О режиме облачности Антарктиды. // Труды ААНИИ, 1976, т. 328, с. 152-176.

28. Зайцева Н.А. Актинометрическое радиозондирование атмосферы. -Труды ЦАО, 1976, вып. 117, с. 138-146.

29. Зайцева Н.А. Влияние облачности на потоки длинноволновой радиации в атмосфере. Труды ЦАО, 1978, вып. 133, с. 25-32.

30. Зайцева Н.А. Пространственно-временная изменчивость потоков и притоков длинноволновой радиации в условиях муссонной циркуляции. // В Сб. "Метеорологические исследования", 1979, № 25, М., "Советское радио", с. 57-65.

31. Зайцева Н.А. Пространственно-временная изменчивость длинноволновых радиационных потоков и притоков радиации в условиях муссонной циркуляции. // В сб. "Метеорологические исследования", 1981, М., Наука, № 24 "Эксперимент Муссон-77", с. 52-58.

32. Зайцева Н.А. Результаты многолетнего и судового актинометрического радиозондирования применительно к задачам климата. Сборник "Материалы XII Всесоюзного совещания по актинометрии", 1984, Иркутск, ч. I, "Радиационная энергетика", с. 78-81.

33. Зайцева Н.А. Особенности структуры свободной атмосферы и полей ДВ радиации над океанами в условиях муссонной циркуляции. // В сб. "ПГЭП", JL, Гидрометеоиздат, 1985, т. 8 "Общая циркуляция атмосферы и численный эксперимент по данным ПГЭП", с. 125-129.

34. Зайцева Н.А. Аэрология (учебник для гидрометеорологических техникумов). // Д., Гидрометеоиздат, 1991.

35. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н. Меридиональное изменение поля длинноволновой радиации в атмосфере над Тихим океаном. // Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, 1966, т. II, № 12, с. 1235-1252.

36. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н. Изменение поля длинноволновой радиации в свободной атмосфере в течение 7-10 часов. // Труды ЦАО, 1966, вып. 70, с. 41-57.

37. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н. Широтные и временные изменения поля длинноволновой радиации в центральной части Тихого океана. Труды ЦАО, 1969, вып. 83, с. 38-46.

38. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н. Временное изменение поля длинноволновой радиации в летний период. Труды ЦАО, 1969, вып. 83, с. 47-55.

39. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н. Методика эксплуатации актинометрического радиозонда АРЗ Методические указания ЦАО, Москва, 1971, вып. 42, 120 с.

40. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н. Поле длинноволновой радиации в свободной атмосфере (Справочные данные), Московское отделение Гидрометеоиздата, Москва, 1974 г., 147 с.

41. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н., Шляхов В.И. Средние многолетние характеристики поля длинноволновой радиации в свободной атмосфере (по данным сети АРЗ). // Метеорология и гидрология, 1971, № 7, с. 35-42.

42. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н., Шляхов В.И. Модель стандартной радиационной атмосферы (длинноволновая радиация). // Метеорология и гидрология, 1973, № 12, с. 24-34.

43. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н., Шляхов В.И. Пространственно-временные характеристики поля длинноволновой радиации в свободной атмосфере. // Метеорология и гидрология, 1974, № 4, с. 67-75.

44. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н., Фейгельсон Е.М. Радиационные модели тропической атмосферы. Сборник "Тезисы докладов XI Всесоюзного совещания по актинометрии", 1980, ч. IV, "Радиационная энергетика", с. 69-72.

45. Зайцева Н.А., Костяной Г.Н., Фейгельсон Е.М., Филиппова Н.С. Потоки теплового излучения в тропической атмосфере. Препринт ИФА АН СССР, 1979, М., Астрономический совет АН СССР, 55 с.

46. Зайцева Н.А., Кравченко И.М., Куракин В.И., Шляхов В.И. Исследование радиационных процессов в тропосфере. // В Сб. "ПОЛЭКС-Север-76", 1979, ч. 1, Л., Гидрометеоиздат, с. 194-206.

47. Зайцева Н.А., Кравченко И.М., Шляхов В.Т. Длинноволновая радиация индикатор синоптической эволюции. - Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, 1966, т. II, № 12, с. 1235-1252.

48. Зайцева Н.А., Краснова Т.М. Изменчивость полей длинноволновой радиации на полигонах АТЭП. // Труды Межведомственной экспедиции ТРОПЭКС-74, Л., Гидрометеоиздат, 1976, т. 1 Атамосфера, с. 542-549.

49. Зайцева Н.А., Краснова Т.М. Особенности распределения потоков длинноволновой радиации в Экваториальной Атлантике летом 1972 г. (по данным актинометрического радиозондирования) // Метеорология и гидрология, 1975, № 2, с. 88-98.

50. Зайцева Н.А., Фейгельсон Е.М. Особенности лучистого теплообмена в тропиках по данным актинометрического радиозондирования в экспедиции Тропэкс-74 (АТЭП). // Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, 1979, т. 15, № 2, с. 154-168.

51. Зайцева Н.А., Фимпел Х.П. О сравнениях актинометрических радиозондов СССР и ФРГ, выполненных в период АТЭП-74 // Метеорология и гидрология, 1977, № 8, с. 91-95.

52. Зайцева Н.А., Шляхов В.И. Анализ поля длинноволновой радиации в свободной атмосфере над Антарктидой. // В Сб. "Антарктика", 1976, вып. 15, М, Наука, с. 30-42.

53. Зайцева Н.А., Шляхов В.И. Результаты многолетних исследований длинноволновой радиации в атмосфере Антарктиды. // В Сб. Антарктика (Основные итоги изучения Антарктики за 20 лет), 1978, М., Наука, вып. 17, с. 75-82.

54. Ивлев JI.C. Аэрозольная модель атмосферы. // В Сб. ЛГУ "Проблемы физики атмосфере", 1969 г., вып. 7.

55. Кондратьев К.Я. Лучистый теплообмен в атмосфере // Л., Гидрометоиздат, 1956, 356 с.

56. Кондратьев К.Я. Актинометрия // 1965, Л., Гидрометеоиздат, 357 с.

57. Кондратьев К.Я., Гаевская Г.Н., Никольский Г.А. Аэростатные исследования радиационного баланса системы "земная поверхность -атмосфера". // Космические исследования, 1963 г., т. 1, вып. 3.

58. Кондратьев К.Я., Гаевская Г.Н., Никольский Г.А. Вертикальный профиль радиационного баланса и его составляющих в свободной атмосфере в дневное время. // В Сб. "Искусственные спутники Земли", 1962 г. Изд. АН СССР.

59. Кондратьев К.Я., Нийлиск Х.Ю. Некоторые результаты теоретических расчетов углового распределения теплового излучения Земли как планеты в реальных условиях // Труды ГГО, 1964, вып. 166, с. 47-60.

60. Кондратьев К.Я., Орленко Л.Р., Рабинович Ю.И., Тер-Маркарянц Н.Е., Шляхов В.И. Комплексный энергетический эксперимент (КЭНЭКС). // Бюллетень ВМО, 1970, т. XIX, № 4.

61. Косарев А.Л., Мазин И.П., Шметер С.М. Сравнение некоторых микрофизических характеристик облаков разных географических районов. // В сб. "Вопросы физики облаков", Л., Гидрометеоиздат, 1978, с. 113-134.

62. Костяной Г.Н. Актинометрический радиозонд // Метеорология и гидрология, 1963, № 7.

63. Костяной Г.Н. Актинометрический радиозонд (теория прибора и точность измерений) //Труды ЦАО, 1969, вып. 84.

64. Костяной Г.Н., Курилова Ю.В. О радиационных свойствах облачности. // Труды ЦАО, 1969, вып. 70, с. 56-68.

65. Костяной Г.Н., Нийлиск Х.Ю. Сравнение измеренных и рассчитанных значений потоков длинноволновой радиации в атмосфере. // Тр. ЦАО, 1973, вып. 83, с. 56-68.

66. Костяной Г.Н., Тарасенко Д.А. Об изменении поля длинноволновой радиации вблизи тропопаузы. // Труды ЦАО, 1966, вып. 73.

67. Костяной Г.Н., Шляхов В.И. Международные сравнения актинометрических радиозондов // Метеорология и гидрология, 1967, № 5, с. 99-104.

68. Курилова Ю.В. О возможностях метеорологической интерпретации длинноволновой радиации. // Труды ММЦ, 1965, вып. 8.

69. Логвинов К.Т. Метеорологические параметры стратосферы. // Л., Гидрометеоиздат, 1970, 213 с.

70. Марков М.Н., Мерсон Я.И., Шамилев М.Р. Исследование поля теплового излучения стратосферы и тропосферы в ИК области спектра с геофизических аэростатов. // "Космические исследования", 1963 г., т. 1, вып. 2.

71. Марков М.Н., Мерсон Я.И., Шамилев М.Р. Сезонные вариации поля теплвого излучения Земли и атмосферы в ИК области спектра. // "Космические исследования", 1965 г., т. 3, вып. 2.

72. Маршу нова М.С. Условия формирования и характеристики радиационного климата Антарктиды. // Л., Гидрометеоиздат, 1980, 211 с.

73. Маршунова М.С., Долгин М.И. Исследования облачности в Антарктиде с помощью актинометрического радиозондирования. // Материалы XII Всесоюзного совещания по актинометрии, 1984, Иркутск, с. 75-77.

74. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория климатов. // Гостехиздат, 1939 г.

75. Мохов И.И., Петухов В.К. Параметризация уходящей длинноволновой радиации для климатических моделей. // М., Препринт ИФА АН СССР, 1978 г., 34 с.

76. Нийлиск Х.Ю. Оценка влияния температурной зависимости функции пропускания атмосферы на результаты расчетов теплового излучения в земной атмосфере// Сборник "Исследования по физике атмосферы", 1964, ИФА АН ЭССР, № 5, с. 10-23.

77. Нийлиск (Арст) Х.Ю. Некоторые вопросы уточнения теоретических расчетов тепловой радиации атмосферы от погрешности исходных метеорологических данных. // В сб. "Радиация в атмосфере", 1969 г., ИФА АН ЭССР, Тарту.

78. Нийлиск Х.Ю., Саммел Л.Э. Интегральная функция пропускания атмосферы для расчетов поля теплового излучения в тропосфере. // В кн. "Таблицы радиационных характеристик атмосферы", Тарту, 1969 г., с. 128.

79. Перрен-де-Бришамбо Ш. Солнечное излучение и радиационный обмен в атмосфере. // М., Мир, 1966 г.

80. Поле длинноволновой радиации в свободной атмосфере (Справочные данные за 1976-1982 гг.). // Л. Гидрометеоиздат, 1990, т. 3, 200 с.

81. Поле длинноволновой радиации в свободной атмосфере (Справочные данные за 1968-1975 гг.). // Л. Гидрометеоиздат, 1987, т. 2, 370 с.

82. Пятненков Б.А. Радиационный баланс и радиационные изменения температуры в тропосфере Антарктического побережья. // Труды ААНИИ, 1965, т. 273, с. 187-205.

83. Радиационные характеристики атмосферы и земной поверхности (под ред. К.Я. Кондратьева). // Л., Гидрометеоиздат, 1969, 324 с.

84. Радиация в облачной атмосфере (ред. Е.М. Фейгельсон). // JL, Гидрометеоиздат, 1981, 280 с.

85. Решетов В.Д., Маклакова Н.А., Демидова Е.И., Кубарева С.П. Периодическая изменчивость метеорологических элементов в атмосфере. // Труды ЦАО, 1971 г., вып. 94.

86. Русин Н.П. Метеорологический и радиационный режим Антарктиды. // 1961 г., Л., Гидрометеоиздат. 447 с.

87. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. // Л., Гидрометеоиздат, 1977,351 с.

88. Фейгельсон Е.М. Радиационные процессы в слоистообразных облаках. // М., Наука, 1964 г., 231 с.

89. Фейгельсон Е.М. Радиационный приток тепла в атмосфере. // Изв. АН СССР, Сер. Геофиз.,, 1964 г., № 10, с. 1539-1551.

90. Фейгельсон Е.М. Лучистый теплообмен и облака. // Л., Гидрометеоиздат, 1970, 230 с.

91. Хргиан. А.Х. Физика атмосферы. //Л., Гидрометеоиздат, 1970 г.

92. Хргиан А.Х. Физика атмосферного озона. // 1969 г., Л. Гидрометеоиздат.

93. Шехтер Ф.Н. Некоторые вопросы радиационного теплообмена в облачной атмосфере. // Труды ГТО, 1966 г., вып. 187, с. 82-103.

94. Шифрин К.С. Перенос тепловой радиации в облаках. // Труды ГГО, 1955, вып. 46(108), с. 34-59.

95. Шляхов В.И. Исследование баланса длинноволновой радиации в тропосфере. // Л., Гидрометеоиздат, 1956 г.

96. Шляхов В.И. О минимальных температурах в Антарктиде. // Метеорология и гидрология, 1958, № 4.

97. Шляхов В.И. Методика измерения баланса радиации с самолета. // Информационный бюллетень САЭ, 1960, № 21, с. 7-12.

98. Шляхов В.И. Результаты актинометрического зондирования атмосферы в Антарктиде. // В сб. Антарктика, 1963, АН СССР, с. 120-125.

99. Businger I.A. and Kuhn P.V. On the observation of total and net radiation // Journal of Meteorology, 1960, vol. 17.

100. Businger I.A., Kuhn P.V. On the observation of total and net radiation. // Journ of Met., 1960, vol. 65, N 11.

101. Gille J.C. and Kuhn P.M. The International Radiometersonde Intercomparison Programme (1967-1971). WMO Technical Note No. 128, 1973, Geneva.

102. Kamaguchi O. Effective infrared emissivity of clouds in Antarctica. // Nat. Met. Inst, of Polar Research, 1983, Special Issue, N 29, p. 70-77.

103. Katuyama A.A. A simplified scheme for computation radiative transfer in the atmosphere. // Tech. Rep., 1972, N 6, Dept. Met. UCLA.

104. Kuhn P.M. Accuracy of the airborne economical radiometer // Monthly Weather Review, 1961, N 8.

105. Kuhn P.M. Radiometersonde observations of infrared flux emissitivity of water vapor// Journal of Applied Meteorology, 1963, vol. 2, N 3.

106. Kuhn P.M. International radiometersonde intercomparison // WMO Bulletin, 1965, vol. XIV.

107. Many A., Sreedhatan C.R., Srinivasan V. Measurements of infrared radiative fluxes over India. // Journ of Geoph. Res., 1965, vol. 70, N 18.

108. McCormick R.A. On estimation of the minimum possible surface temperature at the south pole. // Monthly Weather Review, 1958, vol. 86, N 1.

109. McClatchev R.A. Optical properties of the atmosphere. // AFCRL Environmental research papers, 1972, N 411, 108 p.

110. Mtiller H.G. Radiation measurements in the free atmosphere during the IGY and IGC. // Annals of IGY, 1964, vol. 32.

111. The Radiation Sub-Programme for the GARP Atlantic Tropical Experiment. GATE Report, 1973, N 4, October.

112. Riehl H. Radiation Measurements over the Caribbean Sea during the Autumn of 1960. //Journ. of Geoph. Res., 1962, vol. 67, N 10.

113. Rodgers C.D., Walshaw C.D. The computation of infrared cooling rate in planetary atmospheres. // Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 1966, vol. 92, N 391, pp. 67-92.

114. Zaitseva N.A. Vertical profiles of LW radiation fluxes in the GATE area. -GATE Report N 14, 1975, "Preliminary Scientific Results of GATE", vol. 1, JSMG, January 1975, pp. 304-309.

115. Zaitseva N.A., Kostyanoy G.N., Shlyakhov V.I. Radiometersounding in the USSR. // IRS-1976 "Volume of extended abstracts of International Radiation Symposium (FRG, 1976)", 1977, Science Press, USA, pp. 414-416.

116. Zaitseva N.A., Shlyakhov V.I. Climatic characteristics of long-wave radiation in the Antarctic Atmosphere. IRS-1980 "Volume of extended abstracts of International Radiation Symposium (USA, 1980)", 1980, Fort-Collins, USA, pp. 376-379.

117. Zaitseva N.A. Long-Wave Radiation under Monsoon Circulation. -International Conference on the Preliminary Results of FGGE, Talahassee, USA, January 1981, pp. 121-127.

118. Zaitseva N.A. Historical Developments in Radiosonde Systems in the Former Soviet Union. Bulletin of American Meteorological Society, 1993, vol. 74, N 10, October 1993, pp. 1893-1900.

119. Zaitseva N.A. Long-Wave Radiation as a Possible Indicator of the Aviation Impact. // Proceedings of International Colloquium "Impact of Aircraft Emissions upon the Atmosphere", 1996, France, Paris, ONERA, October 1996, vol. II, pp. 659-662.

120. Zaitseva N.A. Long-Wave Atmospheric Radiation over the Globe. IRS-96: "Current Problems in Atmospheric Radiation", 1997, Volume of extended abstracts of International Radiation Symposium, A. Deepak Publ., USA, Fairbanks, Alaska, pp. 742-744.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.