Определение относительного содержания HDO и концентрации CH4 в атмосфере из спутниковых данных по спектрам теплового излучения Земли тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат физико-математических наук Топтыгин, Александр Юрьевич

• Топтыгин, Александр Юрьевич
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Топтыгин, Александр Юрьевич

Введение

Глава 1 Радиационный и фазовый теплообмен в атмосфере

1.1 Общая характеристика теплового баланса Земли и модели циркуляции атмосферы

1.2 Использование отношения HDO/H2O для характеристики процесса переноса скрытого тепла

1.3 Уравнение переноса теплового излучения в атмосфере

1.4 Оценка вклада метана в радиационном переносе тепла

1.5 Определение параметров атмосферы из тепловых спектров высокого спектрального разрешения

Глава 2 Определение вертикальных профилей HDO/H2O в атмосфере из спектров спутникового сенсора IMG и наземного спектрометра FTIR

2.1 Сенсор IMG и район исследования

2.2 Методика определения профилей HDO/H2O и сопутствующих параметров атмосферы

2.3 Результаты обработки спектров IMG и анализ ошибок

2.4 Обработка спектров наземного сенсора FTIR, установленного на Аляске

Глава 3 Определение полного содержания метана в атмосфере из спектров спутникового сенсора AIRS

3.1 Болотная экосистема Западной Сибири как источник выбросов метана на планете

3.2 Методика определения содержания метана из спектров сенсора AIRS и полученные данные сезонного содержания метана в атмосфере Западной Сибири за 2004-2005 г.г.

3.3 Сезонные вариации метана в атмосфере и оценка локального теплового эффекта болот Западной Сибири

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение относительного содержания HDO и концентрации CH4 в атмосфере из спутниковых данных по спектрам теплового излучения Земли»

Климат Земли является одним из ведущих факторов жизнедеятельности биосферы и человека в частности [8]. Он определяет возможность существования живых организмов на планете, подчиняет себе природные процессы. Для современного человека климатическое влияние ещё более существенно, чем для остального животного мира. Процессы глобализации и урбанизации способствуют развитию функциональности людей взамен универсальности. Это означает, что жизненный цикл человека во многом зависит от работоспособности отдельных узких отраслей, таких как сельское хозяйство, энергетика, которые, в свою очередь, зависят от большого числа других отраслей: транспорт, добыча ископаемых, промышленность и пр. Климат в целом, погодные условия и катастрофы в частности способны изменять и нарушать функционирование любой отрасли, что в предельном случае может прервать современное развитие человечества. Природа является саморегулирующимся механизмом, который, при гармоничном взаимодействии даёт возможность развития любых приспосабливающихся форм жизни. Человек, как вид, утратил чуткость и гармонию отношений с природой и воспринимает её как плацдарм для собственного технократического развития. В связи с этим возникает опасение, что антропогенное влияние на окружающую среду может превысить допустимые рамки, в которых природа ещё способна быть, не меняя собственных долгосрочных механизмов развития.

За последние 100-150 лет наблюдается резкое повышение содержания парниковых газов (двуокиси углерода и метана) в атмосфере (рис. 1) [75,126]. Согласно данным палеоклиматических исследований, подобный рост ранее, происходил на планете за периоды в тысячи лет [124].

Увеличение концентрации парниковых газов, соответствующее повышение средней приповерхностной температуры воздуха (рис. 2) и усиление парникового эффекта планеты приписывается результатам индустриальной активности человека [47].

1000 1200 1400 1600 1800 2000 годы

Рис. 1. Увеличение содержания двуокиси углерода и метана в атмосфере, согласно палеоклиматическим данным и современным наблюдениям U

1Г> н о

L> К X ч> ж о ц н о

Температура поверхности среднегодовая средняя за 5 лет

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 годы

Рис. 2. Рост средней температуры поверхности.

Растущая мощность антропогенной добавки в интегральный парниковый эффект за счет эмиссии диоксида углерода, метана и других парниковых газов в атмосферу становится сравнимой по порядку величины с мощностью тепловой машины планеты, переносящей тепло от экватора к полюсам океаническими потоками и атмосферной циркуляцией. Поэтому современное увеличение парникового эффекта не только приводит к кажущейся большей комфортности климата в средних и высоких широтах, характеризующихся повышением среднегодовой влажности и более теплыми зимами в последние десятилетия, но и также к серьезным негативным воздействиям с далеко идущими разветвленными последствиями [39,125]. В результате, уже сейчас имеет место значительное возмущение и хаотизация атмосферной циркуляции, наблюдается ежегодный рост экстремальных климатических событий (наводнения, засухи, ураганы) [13].

Однако количественные оценки влияния повышения содержания парниковых газов на климат противоречивы и это обусловлено такими факторами как неполнота массива наблюдений, несовершенство методик наблюдения и многофакторность изменений климата [34,126]. Климатическую систему планеты составляют [62]: 1) атмосфера - газовая оболочка Земли; 2) океан - главный водный резервуар; 3) суша - поверхность континентов с собственной гидрологической системой, литосфера; 4) криосфера -континентальные и морские льды, горные ледники и снежный покров; 5) биота - растительность на суше и океане, живые организмы в воздухе, воде и на суше, включая человека. Основным средством изучения климатической системы в части предсказания изменений климата под воздействием внешних факторов (антропогенное влияние) является численное моделирование общей циркуляции потоков тепла и массы в атмосфере и океане [37,42]. При этом рассматривается конечное множество параметров: компоненты скорости ветра и течений в океане, температура и солёность, водяной пар, концентрация газовых составляющих, плотность, давление и др. Основу современных численных моделей, которых на сегодня насчитывается порядка 30 [74], составляет задача тепломассопереноса в системе «солнце - атмосфера - земная поверхность». При этом моделируются явления радиационного переноса, вертикального турбулентного переноса, конвекции, конденсации, выпадения осадков, взаимодействия атмосферы с поверхностью и др. Одним из центральных направлений развития численного моделирования климата является более точное описание всех физических процессов, происходящих в климатической системе. Одним из важнейших процессов является теплообмен в системе «солнце - атмосфера - земная поверхность». Общий тепловой баланс планеты [14,41] включает несколько составляющих, значительную роль в формировании атмосферной циркуляции и парникового эффекта играют процессы радиационного и фазового переноса тепла в системе «атмосфера -земная поверхность».

Перенос скрытого тепла водяным паром [40] определяется процессами испарения с поверхности, конденсации в облаках и переиспарения выпадающих осадков. Природная вода состоит из основного изотопомера Н20 и нескольких неосновных изотопических модификаций, в частности HDO. При одинаковой температуре давление насыщенных паров молекул Н2О и HDO различны [82], поэтому при любом акте фазового превращения воды происходит изменение изотопного соотношения в парообразной фазе (уменьшение относительного содержания изотопа HDO) по сравнению с жидкой или твёрдой фазой. Для количественного и качественного прояснения характеристик при моделировании атмосферных процессов испарения и конденсации важными являются экспериментальные данные о соотношении изотопомеров HD0/H20 в различных фазах гидрологического цикла, поскольку величина этого отношения для определённой воздушной массы изменяется только в процессах фазовых превращений и является трассером «силы гидрологического цикла» [61,120]. Поле величины отношения HDO/H2O, определённое по Земному шару отражает предысторию формирования воздушных масс и характеризует перенос скрытого тепла от экватора к полюсам [102].

До недавнего времени основным средством изучения изотопного состава воды являлся анализ выпадающих осадков [82,100,104,145], количественное определение производилось масс-спектрометрическим методом. Длительные наблюдения изотопного состава осадков используются для многих целей: палеоклиматических исследований [76,103], изучения гидрологического цикла, верификации численных моделей общей циркуляции потоков тепла и массы в атмосфере и океане [119,120]. Сравнительно новой областью является определение изотопного соотношения HD0/H20 в атмосферном водяном паре, для чего изредка используются самолётные измерения [86], а наибольший интерес представляет исследование возможностей дистанционного зондирования изотопомеров воды в атмосфере в глобальном масштабе. Данные сведения важны для непосредственного метеорологического применения (прогнозов погоды, отслеживания перемещения воздушных масс), так же используются в качестве экспериментальных данных для уточнения параметризации процесса фазового переноса тепла в численных моделях, учитывающих процессы изотопного разделения [96,101].

Радиационный теплоперенос в атмосфере [32] определяется содержанием поглощающих ИК радиацию газов, таких как водяной пар, двуокись углерода, метан, озон, окислы азота и другие. Получение экспериментальных данных о современном содержании парниковых газов является важной задачей как для непосредственных оценок тепловых потоков при изучении изменения теплового баланса планеты, так и для уточнения параметров процесса радиационного переноса при моделировании климата. Содержание водяного пара в атмосфере определяется температурой поверхности планеты [148], его изменение является следствием изменения парникового эффекта, т.е. изменения содержания других радиационно-активных газовых составляющих в атмосфере. Основными парниковыми газами, содержание которых увеличивается вследствие человеческой деятельности (производство цемента, сжигание ископаемого топлива, развитие сельского хозяйства и др.), являются двуокись углерода и метан. Актуальность определения поля концентрации метана обусловлена тем, что, несмотря на его относительно малый вклад в общий парниковый эффект, мощность излучения метана в пересчёте на одну молекулу на порядок превышает мощности водяного пара и двуокиси углерода. Кроме того, линии поглощения СО2 насыщены по сравнению с линиями метана, т.е. метан имеет больший парниковый потенциал, чем двуокись углерода [39,146].

Технологии зондирования атмосферы с целью мониторинга метеорологических параметров и загрязнения разрабатывается уже около 40 лет [27,33,38,54]. Космическая система мониторинга атмосферных газов включает в себя приборы нескольких типов, которые можно классифицировать по геометрии зондирования. Настоящая работа посвящена термическому зондированию в надир, поскольку данная геометрия позволяет осуществлять зондирование в любое время суток и имеет наиболее широкий высотный диапазон измерений, включающий в себя нижнюю тропосферу. До недавнего времени термическое зондирование в надир основывалось на данных получаемых многоканальными спектрорадиометрами [112], регистрирующими тепловое излучение атмосферы в нескольких спектральных интервалах. С появлением спутниковых Фурье спектрометров относительно высокого спектрального разрешения (до 0.1 см*1) с десятками тысяч спектральных каналов в тепловой инфракрасной (ИК) области существенно повысилась информативность эмиссионных спектров атмосферы, измеряемых со спутников. Произошли качественные изменения в методах обработки и интерпретации спутниковых данных. Обратная задача по определению параметров атмосферы из тепловых спектров высокого разрешения стала существенно переопределенной, появилась возможность значительного улучшения детектирования таких важных малых газовых составляющих в атмосфере как Н2О и СН4 и других, появилась принципиальная возможность определения содержания изотопомера воды HDO в атмосфере.

Целью данной работы являлось получение данных о величине отношения концентраций изотопомеров HD0/H20 и содержания метана в атмосфере из Ж спектров высокого разрешения теплового диапазона. При этом решались следующие задачи:

1) разработка методики определения вертикального профиля HD0/H20 в атмосферном водяном паре из спутниковых спектров;

2) получение широтно-высотного распределения величины отношения HDO/H2O из ИК спектров, измеренных сенсором IMG над районом Тихого океана;

3) разработка методики для определения полного содержания метана в атмосфере;

4) получение сезонных карт содержания метана в атмосфере из ИК спектров, измеренных сенсором AIRS над районом Западной Сибири;

5) оценка вклада эмиссии метана из болотной экосистемы в общее содержание метана в этом районе и оценка соответствующего дополнительного теплового эффекта.

Первая глава посвящена описанию задачи определения отношения HDO/H2O и концентрации СН4 в атмосфере, кратко описан подход численного моделирования циркуляции потоков тепла и массы в атмосфере. Рассмотрены процессы фазового и радиационного переноса тепла в системе «атмосфера -земная поверхность». Описан применяемый в работе подход к процессу переноса ИК радиации в атмосфере, изложена идея подхода к определению параметров атмосферы из ИК спектров высокого спектрального разрешения. Приведены формализмы прямой и обратной задачи в теории переноса излучения, кратко рассмотрены методы регуляризации по Тихонову и статистической регуляризации. Отмечаются основные сложности применения этих методов для решения обратной задачи.

Во второй главе описана методика определения вертикальных профилей температуры, концентрации водяного пара и отношения HD0/H20 из спектров яркости уходящего теплового излучения, измеряемых с высоким спектральным разрешением современными сенсорами спутникового базирования. При решении обратной задачи используются: метод ортогональных разложений для сжатия спектральной информации и уменьшения размерности искомого вектора; метод наименьших квадратов. Апробация методики проводится на спектрах спутникового сенсора IMG, в результате впервые получено широтно-высотное распределение вертикальных профилей отношения HDO/H2O над Тихим океаном. Также описана методика определения вертикальных профилей отношения HDO/H2O из ИК спектров пропускания атмосферы теплового диапазона, приведены результаты по обработке данных наземного спектрометра FTIR, расположенного на Аляске.

В третьей главе рассматривается задача определения содержания метана в атмосфере из ИК спектров, измеряемых спутниковым сенсором AIRS. В качестве района исследования выбрана территория болот Западной Сибири. Для решения обратной задачи применялся метод наименьших квадратов с ограничениями и методика на основе нейронной сети. Приведены результаты по сезонному содержанию метана над исследуемой областью в период 20042006 г.г. Сделана оценка вклада данной болотной экосистемы в атмосферный метан и оценка локального теплового эффекта болот Западной Сибири, обусловленного эмиссией метана из болот в летний период.

В заключении представлены основные результаты и выводы диссертационной работы, приведен список цитируемой литературы.

Выполнению этой работы автор во многом обязан В.И. Захарову и К.Г. Грибанову, являющимися консультантами по работе и соавторами большинства публикаций.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Топтыгин, Александр Юрьевич

Основные результаты данной работы заключаются в следующем:

1) Разработана методика определения вертикального профиля относительного содержания HDO в атмосфере из спектров уходящего теплового излучения Земли высокого разрешения (-0.1 см"1), основанная на методе главных компонент.

2) Получено широтное распределение вертикальных профилей отношения HD0/H20 в атмосфере над океаном из спектров сенсора IMG/ADEOS. Вариации относительного содержания HDO в атмосферном столбе лежат в интервале от -120%о вблизи экватора до -220%о на высоких широтах около 60 градусов. Точность метода, оцененная по схеме замкнутых модельных экспериментов, составила ~20%о.

3) Идентифицированы сигналы HDO в ИК спектрах пропускания атмосферы высокого разрешения (-0.002 см'1). Разработана и апробирована методика определения вертикального профиля отношения HD0/H20 из спектров, измеряемых Фурье спектрометрами наземного базирования, основанная на методе регрессии главных компонент.

4) Реализовано два подхода для определения полного содержания метана в атмосферном столбе из спектров уходящего теплового излучения Земли высокого разрешения (-0.5 см"1). Первый основан на методе наименьших квадратов с ограничениями, во втором используется нейронная сеть. Относительная ошибка определения полного содержания метана в атмосферном столбе по обеим методикам составила -2.5%.

5) Получены карты сезонного содержания метана в атмосфере над районом Западной Сибири (60-67 С.Ш., 60-90 В.Д.) в период 2004-2006 г.г. из спектров сенсора AIRS/AQUA. Средне-сезонные значения меняются от 0.57

2 2 моль/м в зимний период до 0.62 моль/м в летний период. Вклад природной эмиссии метана из болот в общее содержание метана в атмосфере над исследуемым районом в летний период составил -0.05 моль/м.

Дополнительный тепловой эффект, рассчитанный с помощью ПО FIRE-ARMS, составил ~125 ГВт.

Благодарности:

Автор выражает глубокую благодарность К.Г. Грибанову за помощь в освоении ПО FIRE-ARMS, плодотворные дискуссии при разработке методик; В.И. Захарову за помощь при постановке задач и обобщении полученных результатов; Борисову С.Ф. за поддержку и внимание к данной работе; Г. Шмидту за предоставленные данные модели общей циркуляции атмосферы NASA GISS ModelE; Г. Хоффманну за результаты модели общей циркуляции ЕСНАМ4; Я. Касай и А. Огава за предоставленные данные FTIR на Аляске; команде AIRS за предоставление необходимых данных; а также всем сотрудникам кафедры общей и молекулярной физики, принимавшим участие в обсуждении результатов данной работы, за ценные замечания.

Заключение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Топтыгин, Александр Юрьевич, 2006 год

1. Айвазян, С.А. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности / С.А. Айвазян, В.М. Бухштабер, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин. - М.: Финансы и статистика, 1989. - 607 с.

2. Андерсон, Т. Введение в многомерный статистический анализ / Т. Андерсон. М.: Физматгиз, 1963. - 500 с.

3. Бажин, Н.М. Метан в атмосфере / Н.М. Бажин // СОЖ. 2000. - №3. - С. 52-57.

4. Бакушинский, А.Б. Некорректные задачи. Численные методы и приложения / А.Б. Бакушинский, А.В. Гончарский. М.: Изд-во МГУ, 1989.- 198 с.

5. Белов, А.А. Глобальные изменения природной среды и климата и Мировой океан / А.А. Белов, Е.Л. Минина // Вестн. РАН. 1999. - Т.69. - №9. - С. 834-838.

6. Брайсон, А. Прикладная теория оптимального управления / А. Брайсон, Хо Ю-Ши. М.: Мир, 1972. - 544 с.

7. Будыко, М.И. История атмосферы / М.И. Будыко, А.Б. Ронов, A.JI. Яншин. JL: Гидрометеоиздат, 1985. - 207 с.

8. Вайнштейн, JI.A. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий / JI.A. Вайнштейн, И.И. Собельман, А.Е. Юков. М.: Наука, 1979. - 820 с.

9. Васин, В.В. Некорректные задачи с априорной информацией / В.В. Васин, A.JI. Агеев. Екатеринбург: УИФ "Наука", 1993. - 262 с.

10. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. М.: Высшая школа, 1998.-576 с.

11. Верлань, А.Ф. Интегральные уравнения: Методы, алгоритмы, программы. Справочное пособие / А.Ф. Верлань, B.C. Сизиков. Киев: Наукова думка, 1986.-542 с.

12. Всемирная конференция по изменению климата / Труды конференции, Москва, 29 сентября 3 октября 2003 г. - М. - 2004.

13. Гилл, А. Динамика атмосферы и океана. / А. Гилл; пер. под ред. Г.П. Курбаткина. М.: Мир, 1986. - 396 с.

14. Гранков, А.Г. Взаимосвязь радиоизлучения системы океан-атмосфера с тепловыми и динамическими процессами на границе раздела / А.Г. Гранков, А.А. Мильшин. Физматлит, 2004. - 168 с.

15. Грибанов, К.Г. Пакет программ FIRE-ARMS и его применение в задачах пассивного ИК-зондирования атмосферы / К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, С.А. Ташкун // Оптика атмосферы и океана. 1999. - Т. 12. - №4. - С. 372378.

16. Грибанов, К.Г. Восстановление профилей температуры и влажности по ИК спектрам Земли на основе сингулярного разложения ковариационных матриц / К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, А.Ю. Топтыгин // Оптика атмосферы и океана. 2003. - Т. 16. -№07. - С. 576-581.

17. Гурни, К. Глобальное потепление и парниковый эффект / К. Гурни // Энергетика и безопасность. 1998. - №5. - С. 3-12.

18. Демиденко, Е.З. Линейная и нелинейная регрессия / Е.З. Демиденко. М.: Финансы и статистика, 1973. - 302 с.

19. Дубров, A.M. Обработка статистических данных методом главных компонент/ A.M. Дубров. -М.: Статистика, 1978. 135 с.

20. Дымников, В.П. Математические модели в геофизической гидродинамике и численные методы их реализации / В.П. Дымников, Г.И. Марчук, В.Б. Залесный. JL: Гидрометеоиздат, 1987. - 287 с.

21. Зельдович, Я.Б. "Горячая" модель Вселенной / Я.Б. Зельдович // УФН. -1966.-Т. 89,-№4.-С. 647.

22. Зуев, В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере / В.Е. Зуев. М.: Сов. радио, 1970. - 496 с.

23. Зуев, В.Е. Современные проблемы атмосферной оптики (Том 7. Обратные задачи оптики атмосферы) / В.Е. Зуев, И.Э. Наац. Л.: Гидрометиздат, 1990.-286 с.

24. Зуев, В.Е. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы / В.Е. Зуев, В.В. Зуев. С-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. - 275 с.

25. Каллан, Р. Основные концепции нейронных сетей / Р. Каллан. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 288 с.

26. Карнаухов, А.В. Роль биосферы в формировании климата Земли. Парниковая катастрофа / А.В. Карнаухов // Биофизика. 2001. - Т. 46. -№6.-С. 1138-1149.

27. Кароль, И.Л. Газовые примеси в атмосфере / И.Л. Кароль, В.В. Розанов, Ю.М. Тимофеев. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 192 с.

28. Кендалл, М. Многомерный статистический анализ и временные ряды / М. Кендалл, А. Стюарт. М.: Наука, 1976. - 736 с.

29. Кондратьев, К.Я. Перенос излучения в атмосфере / К.Я. Кондратьев. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 402 с.

30. Кондратьев, К.Я. Термическое зондирование атмосферы со спутников / К.Я. Кондратьев, Ю.М. Тимофеев. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 280 с.

31. Кондратьев, К.Я. Природные и антропогенные изменения климата / К.Я. Кондратьев. Л.: Наука, 1986. - 56 с.

32. Кондратьев, К.Я. Климат Земли и протокол Киото / К.Я. Кондратьев, К.С. Демирчян // Вестник РАН. 2001. - Т. 71. - № 11. - С. 1002-1009.

33. Курганский, М.В. Введение в крупномасштабную динамику атмосферы (Адиабатические инварианты и их применение) / М.В. Курганский. СПб: Гидрометеоиздат, 1993. - 168 с.

34. Лоренц, Э.Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы / Э.Н. Лоренц. Л.: Гидрометиздат, 1970. - 260 с.

35. Малкевич, М.С. Оптические исследования атмосферы со спутников / М.С. Малкевич. М.: Наука, 1973. - 303 с.

36. Марчук, Г.И. Приоритеты глобальной экологии / Г.И. Марчук, К.Я. Кондратьев. -М.: Наука, 1992. 264 с.

37. Матвеев, Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. 2-е изд. / Л.Т. Матвеев. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 752 с.

38. Матвеев, Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли / Л.Т. Матвеев. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 296 с.

39. Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана / Г.И. Марчук и др.. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 544 с.

40. Мину, М. Математическое программирование: Пер. с фр. / М. Мину. -1990.-488 с.

41. Морозов, В.А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач / В.А. Морозов. М.: Наука, 1987.

42. Нагирнер, Д.И. Метод интегральных уравнений в теории переноса излучения / Д.И. Нагирнер // Труды АО СПбГУ. 1994. - Т. 44. - С. 39.

43. Осовский, С. Нейронные сети для обработки информации / С. Осовский. -Москва, 2002.-344 с.

44. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. JL: Гидрометеоиздат, 1989. - 558 с.

45. Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих атмосферах: Пер. с англ. / О.А. Авасте, Р. Аронсон, Б.Д. Баркстром и др.; под ред. Ж. Ленобль. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 264 с.

46. Покровский, О.М. Общий статистический подход к решению обратных задач атмосферной оптики / О.М. Покровский, Ю.М. Тимофеев // Метеорология и гидрология. 1972. - №1. - С. 52-59.

47. Попов, А.И. Мерзлотные явления в земной коре (криолитология) / А.И. Попов. Из-во МГУ, 1967.

48. Рао, С.Р. Линейные статистические методы и их применения / С.Р. Рао -М.: Наука, 1968.-548 с.

49. Сизиков, B.C. Математические методы обработки результатов измерений / B.C. Сизиков. СПб: Политехника, 2001. - 240 с.

50. Тепловой баланс Земли / М.И. Будыко и др.. Л.: Гидрометеоиздат, 1956. -255 с.

51. Тимофеев, Ю.М. Спутниковые методы исследования газового состава атмосферы (обзор) / Ю.М. Тимофеев // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1989. - Т. 26. - №5. - С. 451-472.

52. Тимофеев, Ю.М. Теоретические основы атмосферной оптики / Ю.М. Тимофеев, А.В. Васильев. С-Петербург: Наука, 2003. - 474 с.

53. Тихонов, А.Н. Методы решения некорректных задач / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин. -М.: Наука, 1986.-288 с.

54. Топтыгин, А.Ю. Определение вертикального профиля HD0/H20 из спектров пропускания атмосферы высокого разрешения / А.Ю. Топтыгин, К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, Я. Касай, А. Кагава, Я. Мураяма, Р. Имасу,

55. Г.А. Шмидт, Г. Хоффманн, Ж. Жузель // Оптика атмосферы и океана. -2007.- №2.

56. Успенский, А.Б. Применение метода главных компонент для анализа ИК -спектров высокого разрешения, измеренных со спутников / А.Б. Успенский, С.В. Романов, А.Н. Троценко // Исследования Земли из космоса. 2003. - №3. - С. 26-33.

57. Ферронский, В.И. Изотопия Гидросферы / В.И. Ферронский, В.А. Поляков. -М.: Наука, 1983.-280 с.

58. Физические основы теории климата и его моделирования: Труды Межд. научн. конф. по окружающей среде / под ред. А.С. Монина / пер. с англ. Стокгольм. JL: Гидрометеоиздат, 1977.-271 с.

59. Хайкин, С. Нейронные сети: полный курс, 2-е изд.: Пер. с англ. / С. Хайкин. М.: Издательский дом «Вильяме», 2006. - 1104 с.

60. Хайрер, Э. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи: Пер. с англ. / Э. Хайрер, С. Нёрсетт, Г. Ваннер. М.: Мир, 1990.-512 с.

61. Харман, Г. Современный факторный анализ / Г. Харман. М.: Статистика, 1972.-486 с.

62. Хитрин, JI.H. Основы горения углеводородных топлив / JI.H. Хитрин. М: Наука, 1960.

63. Хромов, С.П. Метеорология и климатология. Учебник. 5-е изд. / С.П. Хромов, М.А. Петросянц. М.: Изд-во МГУ, 2001. - 450 с.

64. Хюлст, Г. Рассеяние света малыми частицами / Г. Ван де Хюлст. ИЛ. -1961.-537 с.

65. Baldini, J.U. Structure of the 8200-year cold event revealed by a speleothem trace element record / J.U. Baldini, McDermott Frank, J. Fairchild Ian // Science. 2002. - №5576. - P. 2203-2206.

66. Beer, R. Tropospheric emission spectrometer for Earth Observing System's Aura satellite / R. Beer, T.A. Glavich, T.M. Rider //Applied Optics. 2001. - V. 40.-№15.-P. 2356.

67. Best, M.J. A quasi-Newton method can be obtained from a method of conjugate directions / M.J. Best // Mathematical Programming. 1978. - V. 15. - P. 189— 199.

68. Bleuten, W. INTAS CASUS project 03-51-6294, 2nd year report Электронный ресурс. / W. Bleuten et al. 2006. - доступ: http://www.geog.uu.nl/fg/casus/, свободный.

69. Charles, C.D. Variable air mass sources for Greenland; influences on the ice core record / C.D. Charles, D. Rind, J. Jouzel, R.D. Koster and R.G. Fairbanks // Science. 1994. - V. 263. - P. 508-511.

70. Chevallier, F. TIGR-like atmospheric profile databases for accurate radiative flux computation / F. Chevallier, A. Chedin, F. Cheruy, J.J. Morcrette // Quart. J. Roy. Met. Soc. 2000. - V. 126. - №563. - Part B. - P. 777-785.

71. Ciais, P. Deuterium and oxygen 18 in precipitation: Isotopic model, including mixed cloud processes / P. Ciais, J. Jouzel // J. Geophys. Res. 1994. - V. 99. -№D8. - P. 16793-16804.

72. Clerbaux, C. Trace gas measurements from infrared satellite for chemistry and climate applications / C. Clerbaux, J. Hadji-Lazaro, S. Turquety, G. Megie, P.F. Coheur // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2003. - V. 3. - P. 2027-2058.

73. Craig, H. Deuterium and oxygen-18 in the ocean and the marine atmosphere / H. Craig and L. Gordon // In: E. Tongiorgi (Editor), Stable Isotopes in Oceanographic Studies and Paleotemperatures. Spoleto, 1965. - P. 9-130.

74. Dansgaard, W. Stable isotopes in precipitation / W. Dansgaard // Tellus. 1964. -V. 16.-№4.-P. 436-468.

75. Deuterium and Oxygen-18 in the Water Cycle / IAEA // In: J.R. Gat and R. Gonfiantini (Eds.), Stable Isotope Hydrology. IAEA Technical Reports Series No. 210.- 1981.-337 p.

76. Dils, B. Comparisons between SCIAMACHY and ground-based FTIR data for total columns of CO, CH4, C02 and N20 / B. Dils et al. // Atmos. Chem. Phys. -2006.-№6.-P. 1953-1976.

77. Ehhalt, D.H. Deuterium and Oxygen 18 in Rain Water / D.H. Ehhalt, K. Knott, J.F. Nagel, J.C. Vogel // J. Geophys. Res. 1963. - V. 68. - P. 3775-3797.

78. Ehhalt, D.H. Vertical profiles of HD0/H20 in the troposphere / D.H. Ehhalt, F. Rohrer, A. Fried // J. Geophys. Res. 2005. - V. 110. - №D13301. -doi: 10.1029/2004JD005569.

79. Fisher. Remarks on the deuterium excess in precipitation in cold regions / Fisher, A. David // Tellus, Series В Chemical and Physical Meteorology (ISSN 0280-6509). - 1991. - V. 43B. - Nov. - P. 401-407.

80. Friedman, I. The variations of the deuterium content of natural waters in the hydrologic cycle /1. Friedman, Redfield, A.C. Shoem, B. Harris and J. Harris // Rev. Geophys. 1964. - V. 2. - P. 177-224.

81. Fomichev, V.I. Parametrization of the 15 m CO2 band cooling in the middle atmosphere (15-115 km) / V.I. Fomichev, A.A. Kutepov, R.A. Akmaev and G.M. Shved // J. Atmospheric and Terrestrial Phys. 1993. - V. 55. - №1. - P. 7-18.

82. Gat. Atmospheric water balance the isotopic perspective / Gat, R. Joel // Hydrological Processes. -2000. - V. 14.-№8.-P. 1357-1369.

83. Gent, P.R. Heat uptake and the thermohaline circulation in the Community Climate System Model, Version Two / P.R. Gent and G. Danabasoglu // J. Climate. 2004. - V. 17. - P. 4058-4069.

84. Gribanov, K.G. Algorithms and software development for task of greenhouse gases monitoring from space / K.G. Gribanov // SPIE proceedings. 2000. - V. 4063.-P. 280-286.

85. Gribanov, K.G. A new software tool for radiative transfer calculations and its application to IMG/ADEOS data / K.G. Gribanov, V.I. Zakharov, S.A. Tashkun, Vl.G. Tyuterev // JQSRT. 2001. - V. 68. - №4. - P. 435-451.

86. Gribanov, K.G. Application of Multilayer Perceptron to High-Resolution Infrared Measurement Retrieval / K.G. Gribanov, A.Yu. Toptygin, V.I. Zakharov // SPIE. 2006. - V. 6580. - P. 72-77.

87. Hoffmann, G. Water isotope module of the ECHAM atmospheric general circulation model: A study on timescales from days to several years / G. Hoffmann, M. Werner, M. Heimann // J. Geophys. Res. 1998. - V. 103. -№16.-P. 871-896.

88. Hoffmann, G. Stable water isotopes in atmospheric general circulation models / G. Hoffmann, J. Jouzel, V. Masson // Hydrological Processes. 2000. - V. 14. -№8. -P. 1385-1406.

89. Huber, M. Heat transport, deep waters, and thermal gradients: Coupled simulation of an Eocene greenhouse climate / M. Huber and L.C. Sloan // Geophys. Res. Lett. 2002. - V. 28. - P. 3481-3484.

90. Imasu, R. Meridional distribution feature of minor constituents as observed by IMG sensor aboard ADEOS satellite / R. Imasu // Adv. Space Res. 1999. - V. 25.-P. 959-952.7 1Я

91. Jacob, H. An 8-year record of the seasonal variation of ZH and 100 in atmospheric water vapor and precipitation in Heidelberg, Germany / H. Jacob and C. Sonntag // Tellus. 1991. - V. 43B. - P. 291-300.

92. Joussaume, S. A general circulation model of water isotope cycles in the atmosphere / S. Joussaume, R. Sadourny, J. Jouzel // Nature. 1984. - №311. -P. 24-29. - doi: 10.1038/311024a0.

93. Jouzel, J. Water isotopes in precipitation: data/model comparison for present-day and past climates / J. Jouzel, G. Hoffmann, R.D. Koster, V. Masson // Quaternary Science Review. 2000. - №19. - P. 363-379.

94. Kasai, Y. Ground-based measurement of strato-mesospheric CO by a FTIR spectrometer over Poker Flat, Alaska / Y. Kasai, T. Koshiro, M. Endo, N.B. Jones, Y. Murayama // Advances in Space Research. 2005. - V. 35. -№11.-P. 2024-2030.

95. Kobayashi, H. IMG program report / H. Kobayashi // The Third ADEOS Symposium: Procs. Sendai, Japan. - 1998. - P. 65-82.

96. Liou, K.N. An Introduction to Atmospheric Radiation / K.N. Liou. Academic Press, 2002.-583 p.

97. Ma, X.L. A Nonlinear Physical Retrieval Algorithm Its Application to the GOES-8/9 Sounder / X.L. Ma, T.J. Schmit, W.L. Smith // J. Applied Meteorology. - 1999. - V. 38. - P. 501-513.

98. Menzel, W.P. Introducing GOES-I: The first of a new generation of geostationary operational environmental satellite / W.P. Menzel, J.F.W. Purdom // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1994. - V. 75. - P. 757-781.

99. Mlawer, E.J. Revised perspective on the water vapor continuum: The MTCKD model / E.J. Mlawer, D.C. Tobin, S.A. Clough // Atmos. and Environ. Res. -2004.

100. More, J.J. The Levenberg-Marquardt algorithm: implementation and theory / J.J. More // G.A. Watson. Numerical Analysis, Lecture Notes in Mathematics 630. -1977. Springer-Verlag, Heidelberg. - P. 105-116.

101. Mote, P.W. Variability of clouds and water vapor in low latitudes: View from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) / P.W. Mote and R. Frey // JGR. -2006. V. lll.-D16101.-doi: 10.1029/2005JD006791.

102. Nakajima, N. Interferometric Monitor for Green house Gases (IMG) / N. Nakajima // The first ADEOS Symposium/Workshop: Procs. Kyoto, Japan. -1994.-P. 91-94.

103. Nakajima, N. IMG Current Status and Mission Operation Plan / N. Nakajima, H. Kobayashi, H. Saji // The Second ADEOS Symposium/Workshop: Procs. -Yokohama, Japan. 1997. - P. 389 - 397.

104. Noone, D. Modeling water isotope exchange in parameterized convective plumes, Parameterization and Verification of Water Isotopes in GCMs / D. Noone. Center for Atmospheric Science, University of California, Berkeley, California.-2002.

105. Noone, D. Evaluation of hydrologic cycles and processes with water isotopes / D. Noone // First pan-GEWEX science meeting, Frascati, Italy, October. 2006.

106. Norton, R.H. New apodizing function for Fourier spectrometry / R.H. Norton, R. Beer // J.Opt.Soc.Am. 1976. - V. 66. - №3. - P. 259-264.

107. Notholt, J. Ground-based FTIR measurements of vertical column densities of several trace gases above Spitzbergen / J. Notholt, O. Schrems // GRL. 1994. -№21. -P. 1355-1358.

108. Pagano, T.S. Prelaunch and In-Flight Radiometer Calibration of the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) / T.S. Pagano, H.H. Aumann, D. Haganand К. Overoye // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. -2003. V. 41. - №2. - P. 343-351.

109. Petit, J.R. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica / J.R. Petit et al // Nature. 1999. - V. 399. - P. 429-436.

110. Report of the experts meeting on aerosol and their climatic effects // Williamsburg, Virginia, USA. 1983.

111. Rodrigues, R. Model, software, and database for computation of line-mixing effect in infrared Q branches of atmospheric CO2 I. Symmetric isotopomers / R. Rodrigues at al // JQSRT. - 1999. - V. 61. - №2. - P. 153-184.

112. Rogers, C.D. Inverse methods for atmospheric sounding. Theory and practice / C.D. Rogers. World Scientific, 2000. - 206 p.

113. Rothman, L.S. The HITRAN molecular spectroscopic database and HAWKS (HITRAN Atmospheric Workstation): 1996 edition / L.S. Rothman et al // JQSRT. 1998. - V. 60. - №5 - P. 665-710.

114. Rothman, L.S. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database / L.S. Rothman et al // JQSRT. 2005. - V. 96. - P. 139-204.

115. Rozanski, K. Isotope Patterns in Modern Global Precipitation, Geophysical Monograph 78 / K. Rozansky, L. Araguas, R. Gonfiantini // Climate Change in Continental Isotope Records. American Geophysical Union, 1993. - P. 1-36.

116. Saji, H. IMG Products availability of the Level 0, 1 and 2 / H. Saji // The Third ADEOS Symposium/Workshop: Procs. Sendai, Japan. - 1998. - P. 411.

117. Schmidt, G.A. Modeling atmospheric stable water isotopes and the potential for constraining cloud processes and stratosphere-troposphere water exchange /

118. G.A. Schmidt, G. Hoffmann, D.T. Shindell, Y. Hu // J. Geophys. Res. 2005. -№110. -D21314. - doi: 10.1029/2005JD005790.

119. Schmidt, G.A. Present day atmospheric simulations using GISS ModelE: Comparison to in-situ, satellite and reanalysis data / G.A. Schmidt et al // J. Climate. 2006. -№19. - P. 153-192. - doi: 10.1175/JCLI3612.1.

120. Schneider, M. Ground-based remote sensing of HD0/H20 ratio profiles: introduction and validation of an innovative retrieval approach / M. Schneider, F. Hase, T. Blumenstock // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2006. - V. 6. - P. 5269-5327.

121. Seki, K. Trace Gas Observation with Poker Flat FTIR / K. Seki, Y. Kasai, Y. Murayama, K. Mizutani, T. Itabe, J.M. Frank, R.S. William & A.L. Steven // J. Communications Research Laboratory. 2002. - V. 49. - №2. - P. 191-200.

122. Smith, W.L. The Use of Eigenvectors of Statistical Covariance Matrices for Interpreting Satellite Sounding Radiometer Observations / W.L. Smith, H.M. Woolf // J. Atmospheric Sciences. 1976. - V. 33. - №7. - P. 1127-1140.

123. Smith, W.L. Linear simultaneous solution for temperature and absorbing constituent profiles from radiance spectra / W.L. Smith, H.M. Woolf and H.E. Revercomb // Applied Optics. 1991. - V. 30. - №9. - P. 1117-1123.

124. Statistical Treatment of Data on Environmental Isotopes in Precipitation / IAEA. -Technical Reports Series No. 331, 1992. Vienna: IAEA. - 781 p.

125. Suzuki, S. OCTS Mission operation and standard products / S. Suzuki // The first ADEOS Symposium/Workshop: Procs. Kyoto, Japan. - 1994. - P. 77-83.

126. WMO/UNEP: Climate Change 1995: Impacts, Adaptation, and Mitigation of Climate Change. UK: Cambridge University Press, 1996. - P. 3-12.

127. Worden, J.R. TES observations of the tropospheric HD0/H20 ratio: retrieval approach and characterization / J.R. Worden, K. Bowman, D. Noone and TES Team Members // J. Geophys. Res. 2006. - 111(D16). - D16309. -10.1029/2005JD006606.

128. Yang, Hu. Water Vapor, Surface Temperature, and the Greenhouse Effect-A Statistical Analysis of Tropical-Mean Data / Hu. Yang, K. Tung // J. Climate. -1998.-V. 11.-№10.-P. 2686-2697.

129. Zakharov, V.I. Latitudinal distribution of deuterium to hydrogen ratio in the atmospheric water vapor retrieved from IMG/ADEOS data / V.I. Zakharov, R. Imasu, K.G. Gribanov, G. Hoffmann, J. Jouzel // GRL. 2004. - V. 31. - №12. -P. 723-726.

130. Zahn, A. Deuterium, oxygen-18, and tritium as tracers for water vapour transport in the lower stratosphere and tropopause region / A. Zahn, V. Barth, K. Pfeilsticker, U. Piatt // J. Atmos. Chem. 1998. - V. 30. - P. 25-47.