Распределенная информационно- вычислительная система «Атмосферная радиация» Фирсов К.М. 1), Фазлиев А.З. 2), Чеснокова Т.Ю. 2), Козодоева Е.М. 2) 1) Волгоградский. - презентация

1 Распределенная информационно- вычислительная система «Атмосферная радиация» Фирсов К.М. 1), Фазлиев А.З. 2), Чеснокова Т.Ю. 2), Козодоева Е.М. 2) 1) Волгоградский государственный университет, Волгоград 2) Институт оптики атмосферы СО РАН, Томск Работа поддержана грантом

2 Атмосферная радиация Задачи - Пассивное зондирование атмосферы радиометрами наземного и космического базирования -Радиационные блоки моделей общей циркуляции атмосферы (моделирование климата) Оптические характеристики - Прозрачность атмосферы - Потоки радиации - Скорость радиационного нагрева атмосферы

3 Данные - Большой объем - Разнородные по типам и качеству - Регулярные обновления (увеличивается объем и меняется структура) Модели - Большая трудоемкость расчетов - Жесткие требования к моделям высокая скорость счета высокая точность - Большое количество моделей

4 РНЦ Курчатовский институт Оптические характеристики капельных облаков и базовых моделей аэрозоля. Эталонные расчёты восходящей и нисходящей радиации для тестирования моделей переноса радиации в атмосфере. Эталонные расчёты для тестирования методик обработки национальных спутниковых и наземных натурных экспериментов ИОА, ВолГУ Оптические характеристики облачности и аэрозоля северного полушария УРГУ априорная информация по вертикальным профилям температуры, H 2 O, HDO, О 3, СН 4, СО 2 ИВС ДАННЫЕ

5 МОДЕЛИ ИОА, ВолГУ Программа для создания look up table архивов для быстрых расчетов потоков радиации в ИК диапазоне спектра. Программа расчета потоков радиации в ИК диапазоне спектра. УРГУ Программа по определению вертикального профиля отношения концентрации HDO/H2O в атмосфере из ИК фурье-спектров солнечного излучения Технология Организация доступа ИВС «Атмосферная радиация» к спектроскопическим данным в распределенной ИВС «Молекулярная спектроскопия» (ИОА) на основе веб- сервисов.

6 Структура портала ATMOS Атмосферная химия Атмосферный аэрозоль Атмосферная спектроскопия Атмосферная радиация Климат Солнечно-земные связи Западно-Сибирская низменность Озеро Байкал Управление и оценка качества воздуха ИВС Монография ИС ИС Монография ИС

7 Распределенная информационно-вычислительная система «Атмосферная радиация» - ИОА СО РАН usu.ruhttp://atmos.physics. usu.ru - Уральский госуниверситет remotesensing.ru - Волгоградский госуниверситет

8 Измерения атмосферной радиации

9 Справочная база данных об оптических характеристиках атмосферы MODIS

10 Радиационная модель ИОА Основное назначение радиационной модели ИОА – расчет атмосферного переноса теплового и солнечного излучения с учетом аэрозольного и молекулярного рассеяния, газового поглощения для произвольных атмосферных условий, в том числе: 1. Расчет эффективных коэффициентов поглощения и функций пропускания с помощью рядов экспонент на основе атласа спектральных линий HITRAN2004; 2. Расчет интенсивности и потоков радиации коротковолнового излучения методом дискретных ординат DISORT на верхней границе атмосферы и у поверхности Земли с учетом облачности; 3. Вычисление атмосферных потоков теплового излучения и скоростей выхолаживания на произвольных уровнях атмосферы.

11 Сферических Гармоник DISORT Монте-Карло Молекулярное поглощение Молекулярное рассеяние Аэрозольное рассеяние Подстилающая поверхность База спектральных линий HITRAN, GEISA Радиационные характеристики Сечения поглощения Модели континуального поглощения Метеомодели Облака Данные МоделиБлок Расчета радиации Коротковолновая радиация

12 Структура данных в HITRAN-2005 Число спектральных линий HITRAN-2005 – 1.5 млн. HITRAN-2008 – 2.5 млн.

13 Основные принципы, положенные в основу создаваемых прикладных программ: Применять методики обеспечивающие автоматизированную обработку информации Высокая степень параметризации

14 Аппроксимация функции пропускания рядом экспонент

15 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПЕРЕНОСА РАДИАЦИИ Молекулярное поглощение аппроксимация рядом экспонент Расчет line-by-line высотные профили k(,h), [ 1, 2 ] параметризация C i, k i (h), i=1,N; N=3-7 C i =f(S( ), F( )) Входные данные Высотные профили Р(h), Т(h), C(h) Солнечная постоянная S( ) Аппаратная функция F( ), [ 1, 2 ] Метод учета молекулярного поглощения

16 Тестовые расчеты нисходящих потоков (Вт/м 2 ) в спектральном интервале см-1, чисто поглощающая атмосфера, спектральная база данных HITRAN-92, метео - MLS, зенитный угол 30 о

17 Перенос солнечной радиации Нисходящие потоки на уровне подстилающей поверхности. Содержание жидкой воды см, содержание озона ед. Добсона. Положение облачного слоя км, эффективный радиус облачных капель - 7,2 мкм, зенитный угол солнца - 47 о, общее содержание паров воды 1.6 г/см2.

18 ИВС «Атмосферная радиация»

19

20 Расчет ИК потоков Модель предназначена для вычисления нисходящих, восходящих и суммарных потоков ИК радиации и скоростей радиационного выхолаживания в атмосфере. Молекулярное газовое поглощение рассчитывается методом «к-распределения» на основе HITRAN2004. Диапазон спектра от 0 до 3000 см -1 Спектральное разрешение 20 см -1 Высоты от 0 до 100 км.

21 ИВС «Атмосферная радиация»

22 Влияние вариаций общего содержания паров воды на нисходящие потоки длинноволновой радиации T, К H2O, ppm w, ос.см F,Вт/м² F,Вт/м² (Вклад континуума) F,Вт/м² (Вклад Н 2 О) F,Вт/м² Вклад СО

23 Метео для Нижнего Поволжья Июль, Форсинг СО 2 Удвоение СО 2

24 Континуальное поглощение (Удвоение концентрации СО 2 ~ 3 Вт/м 3)

25 FIRE-ARMS ( УрГУ ) remotesensing.ru Спектры высокого разрешения яркости и пропускания безоблачной слабоаэрозольной атмосферы для различных геометрий наблюдения: надир, зенит, лимб, наклонные трассы. Решение обратных задач определения вертикальных профилей температуры и профилей оптически активных газов по данным современных спутниковых спектрометров высокого разрешения типа IMG, AIRS, TES, IASI

26 Информационные ресурсы и модели собранные в ИВС представляют интерес для следующих групп специалистов: 1. Специалисты в области атмосферной радиации, атмосферной химии и спектроскопии, климата и прогноза погоды 2. Потребители информации в смежных областях науки (метеорологи, экологи и т.д.) 3. Аспиранты и студенты

27 Благодарюзавнимание