Особенности отклика полей солнечной ультрафиолетовой радиации в атмосфере на различные возмущения ее газового и аэрозольного состава тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.23, кандидат физико-математических наук Манойло, Андрей Викторович

• Манойло, Андрей Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности отклика полей солнечной ультрафиолетовой радиации в атмосфере на различные возмущения ее газового и аэрозольного состава»

В 1. Современное состояние исследованийктуры полей солнечной ультрафиолетовой радиации в атмосфере.

В 2. Цель и основные сведения о диссертационной работе.

Глава 1. Разработка методики расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

1.1. Постановка задачи расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

1.2. Метод последовательных порядков рассеяния. Расчет полей энергетической яркости солнечной УФ радиации в атмосфере.

1.3. Дельта-метод Эддингтона. Схема расчета полей компонент потока солнечной УФ радиации в условиях безоблачной атмосферы.

1.4. Методика расчета переноса УФ радиации через разорванную облачность.

Глава 2. Структура полей солнечной УФ радиации в атмосфере в невозмущенных условиях.

2.1. Комплекс взаимосогласованных численных моделей, предназначенный для расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

2.2. Результаты верификации разработанного в диссертации комплекса численных моделей атмосферы с данными других авторов.

2.3. Структура полей солнечной УФ радиации в атмосфере в невозмущенных (фоновых) условиях. Эффективные слои рассеяния.

2.4. Выводы.

Глава 3. Отклик полей солнечной УФ радиации в атмосфере на различные сценарии возмущения ее радиационно-активных составляющих.

3.1. Вертикальная структура полей рассеянной УФ радиации в атмосфере. Слои эффективного возмущения.

3.2. Влияние полетов стратосферной авиации на структуру полей солнечной УФ радиации в атмосфере. 79

3.2.1. Сценарий возмущения атмосферного озона полетами стратосферной авиации. 79

3.2.2. Отклик полей УФ радиации на возмущение флотом стратосферной авиации состава атмосферы. 83

3.2.3. Последствия разрушения атмосферного озона флотом стратосферной авиации с точки зрения биологическое воздействие УФ радиации. 94

3.2.4. Выводы. 97

3.3. Воздействие загрязнения атмосферы продуктами сгорания ракетного топлива на структуру полей солнечной

УФ радиации. 98

3.3.1. Сценарий возмущения пространственного распределения атмосферного озона. 98

3.3.2. Отклик полей солнечной УФ радиации в атмосфере. 103

3.3.3. Выводы. 107

3.4. Отклик полей солнечной УФ радиации в атмосфере на извержения вулканов. 109

3.4.1. Извержения вулканов и образование аномалий в озонном слое Земли. 109

3.4.2. Сценарий возмущения пространственного распределения атмосферного озона и аэрозоля. 111

5.4.3. Отклик полей солнечной УФ радиации в атмосфере. 114

3.4.4. Выводы. 123

3.5. Антарктическая озонная "дыра". 124

3.5.1. Изменения, возникающие в структуре полей солнечной УФ радиации в атмосфере. 124

3.5.2. Структура полей солнечной УФ радиации в атмосфере в области антарктической озонной "дыры". 125

3.5.3. Выводы. 135

3.6. Отклик полей солнечной УФ радиации на присутствие в атмосфере полей разорванной облачности. 136

3.6.1. Сценарии возмущения оптических характеристик атмосферы полями разорванной облачности. 136

3.6.2. Отклик полей солнечной УФ радиации в атмосфере. 137

3.6.2. Выводы. 144

3.7. Один из примеров влияния тонкой структуры пространственного распределения атмосферного аэрозоля на структуру полей солнечной УФ радиации в атмосфере. 145

3.7.1. Инверсные аэрозольные слои и поля солнечной

УФ радиации. 145

3.7.2. Выводы. 148

4. Заключение.

149

5. Список литературы.

6. Приложения.

6.1. Приложение к параграфу 2.2. Примеры взаимной верификации расчетов, выполненных на основе различных численных методов - Дельта-метода Эддингтона и метода последовательных порядков рассеяния.

6.2. Приложение к параграфу 2.3. Значения доз поражения эритемы, ДНК и растительности в северном и южном полушариях в фоновых условиях.

6.3. Приложение к параграфу 3.2. Влияние полетов стратосферной авиации на структуру радиационных полей в атмосфере.

6.4. Приложение к параграфу 3.4.3. Изменения в структуре полей солнечной УФ радиации, возникающие в результате извержений вулканов.

6.5. Приложение к параграфу 3.5.2. Изменение структуры полей солнечной УФ радиации в области антарктической озонной дыры.

6.6. Приложение к параграфу 3.6.2. Поля разорванной облачности и изменения в структуре полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

151 167

167

169

172

180

191

ВВЕДЕНИЕ.

В 1. Современное состояние исследований структуры полей солнечной ультрафиолетовой радиации в атмосфере.

Естественная ультрафиолетовая (УФ) радиация (солнечная радиация с длинами волн, меньшими 400 нм) является наиболее активным по своему влиянию на биосферу природным излучением. УФ радиация обладает бактерицидным действием, длительное отсутствие УФ радиации может привести у человека к заболеванию, связанному с недостатком витамина D. С другой стороны, увеличение уровня УФ радиации оказывает негативное влияние на живые организмы - угнетение фотосинтеза высших растений и морской биоты, рак кожи, повреждение ДНК и глазные болезни у человека и животных (WMO [1998]). В результате эволюции природные организмы приспособились к фоновому уровню УФ излучения, который необходим для их нормальной жизнедеятельности.

Степень воздействия УФ радиации на любой биологический процесс принято характеризовать спектром действия А(к), определяющим относительный вклад излучения на данной длине волны X в рассматриваемое явление. Мощность эффективной биологической дозы ультрафиолетового излучения D(t) в зависимости от времени t определяется выражением

D(t)= Jf(A, t)A(A)dZ,

Л! где F(X, t) - спектральная плотность потока радиации. Эффективная биологическая доза вычисляется как интеграл от D(t) по соответствующему периоду времени. Принято разделять спектр УФ радиации на "длинноволновый" и "коротковолновый" диапазоны - УФ-А и УФ-Б, соответственно, с границей раздела 315-320 нм. Наибольший биологический эффект на живые организмы оказывает УФ-Б радиация.

Основным поглотителем наиболее опасной УФ-Б радиации является озон. Для характеристики воздействия изменений общего содержания озона (ОСО) в атмосфере на разнообразные биологические процессы используется т.н. фактор увеличения радиации (radiation amplification factor, RAF), который определяется как взятый с обратным знаком коэффициент пропорциональности между относительным изменением ОСО и относительным изменением биологически активной УФ радиации. По данным UV-B Monitoring Workshop Review [1992] (UV-B MVR), для различных явлений RAF может изменяться в пределах от 0.1 до 4. Хотя изменение ОСО влияет в основном на солнечную радиацию в УФ-Б диапазоне длин волн, для расчета RAF необходимо также знать спектральный отклик А(А,) для более длинных волн вплоть до 330-340 нм (т. н. "хвост" спектра действия).

Исследованию воздействия УФ-Б радиации на растения посвящены работы Teramura et al. [1990], Tevini et al. [1991], Bomman et al. [1989]. Жизнедеятельность растений связана с поглощением солнечной радиации, поэтому наибольшая часть их тканей находится под непосредственным воздействием света. В настоящее время лишь небольшое количество видов (в основном - сельскохозяйственных) изучено с точки зрения воздействия УФ радиации (Effects of Increased Ultraviolet Radiation on Biological Systems (EIURBS) [1992]). Наиболее надежные эксперименты, проведенные в полевых условиях, показали большую видовую и внутривидовую изменчивость в стойкости растений к повышенным уровням УФ радиации. Исследования свидетельствуют, что некоторые растения демонстрируют уменьшенную продуктивность и нарушенное воспроизводство в условиях, соответствующих 15-20% истощению озонового слоя.

Изучение воздействия УФ-Б радиации на морские экосистемы особенно важно, так как биологическая продуктивность океанов превосходит все наземные экосистемы вместе взятые (Effects of Increased Ultraviolet Radiation on Biological systems [1992], Smith et al. [1992], Smith et al. [1979], Morel [1988], Smith et al. [1989], Krotkov et al. [1993], De Fabo et al. [1990]). Одним из условий сложившегося в океанских экосистемах равновесия является неизменность спектрального состава падающего солнечного света. Изменение этого равновесия в результате уменьшения ОСО в атмосфере может иметь серьезные последствия для биосферы. Особое значение в этой связи имеет жизнедеятельность фитопланктона как первого и наиболее важного звена пищевой цепочки. В силу того, что солнечная радиация является для фитопланктона единственным источником энергии, он находится в верхних слоях океана и изменения уровня УФ радиации оказывает на него наибольшее влияние. Для коротких промежутков времени биологическая продуктивность фитопланктона уменьшается под действием повышенных уровней УФ-Б радиации. Так, недавние исследования воздействия условий "озонной дыры" на фитопланктон (Smith et al. [1992]) показали, что по мере истощения озонного слоя возрастает относительная доля УФ-Б радиации на поверхности и в верхнем слое океана и наблюдается подавление фотосинтеза. Авторы оценили уменьшение первичной продуктивности, вызванное повышенным уровнем УФ-Б радиации, в 6-12% за время исследования. Высказывались также опасения (EURBS [1992]), что уменьшение продуктивности фитопланктона может послужить толчком для роста концентрации С02 в земной атмосфере, усиливая парниковый эффект. Однако, в настоящее время биогеохимические связи этих процессов изучены недостаточно хорошо. Результаты серии исследовательских работ (Frederick et al. [1991], Smith [1989], Smith et al. [1979], Krotkov et al. [1993]) показывают, что УФ излучение проникает в морскую воду на экологически значимые глубины. Существуют веские основания полагать (EIURBS [1992]), что икра многих морских организмов чувствительна к УФ радиации. Известно также, что различные виды имеют разную чувствительность к УФ-Б радиации. Различные механизмы, такие как фотозащитные пигменты, восстановление повреждений ДНК, вертикальная миграция, могут приводить к повышенной стойкости к естественному УФ излучению.

Известные и предполагаемые воздействия на организмы человека, животных и растений возросшего потока УФ-Б радиации разнообразны - от возникновения рака до подавления иммунной системы (WMO [1998], De Fabo et al. [1990]). Следовательно, истощение озонного слоя, вероятно, будет иметь различные последствия для здоровья людей и животных.

Для значений фактора усиления радиации 0.6-0.9 (в зависимости от широты места) подавление иммунной системы под воздействием УФ радиации наблюдается как у людей, так и у лабораторных животных. Воздействие УФ радиации на глаза вызывает фотокератит, старческую дальнозоркость и некоторые виды катаракты. Согласно оценке UV-B Monitoring Workshop Review [1992], уменьшение озона при неизменных других условиях приводит к миллиону дополнительных случаев слепоты, связанных с катарактой.

Рак кожи является одним из наиболее опасных результатов биологического воздействия УФ радиации на живые ткани человека. Эпидемиологические исследования связывают частоту возникновения рака кожи с накопленной в течении жизни дозой УФ радиации. Использование спектров действия, полученных в экспериментах на мышах, показывает, что 1% уменьшение ОСО приводит к росту биологически активной радиации на 2,3%. Механизмы защиты людей и животных от УФ радиации включают адаптацию, иммунный отклик и системы регенерации поврежденных тканей.

Биологическая активность естественной солнечной УФ радиации определяет важность исследования процессов переноса УФ радиации в атмосфере и атмосферных условий, определяющих ее поступление к поверхности Земли.

Обзор данных о содержании озона в земной атмосфере представлен в работах Хргиан и др. [1973], Перов и др. [1980]. В наиболее упрощенном виде механизм образования озона состоит в следующем.

Жесткое" УФ излучение Солнца, проникая в верхние слои стратосферы Земли, практически полностью поглощается там молекулами кислорода, разлагая их на атомарный кислород: 02 + hv -» 20. Порог этой реакции, по данным Кароль и др. [1983], составляет 242 нм. Источником атомарного кислорода в стратосфере и тропосфере служат также оксиды азота. Реакция N02 +hv N0 + 0 вносит существенный вклад в образование атомарного кислорода в тропосфере, где двуокись азота имеет как естественное, так и антропогенное происхождение.

Реакция между О и 02 - О + Ог -» Оъ, по современным данным (Кароль и др.

1983]), служит основным источником озона. Однако, реальная атмосферная фотохимия озона значительно сложнее и состоит из десятков реакций с соединениями различного происхождения (WMO Scientific Assessment of Ozone Depletion [1998], [1994], [1991], [1990], Еланский и др. [1993]). Важную роль в формировании уровня содержания озона в атмосфере играет его каталитическое разрушение хлорсодержащими соединениями.

Значительное влияние, которое озон оказывает на прохождение УФ радиации в земной атмосфере, определяет важность изучения пространственной и временной изменчивости его концентрации. Общее содержание озона регулярно измеряется на сети из свыше ста озонометрических станций по методу Добсона (Хргиан и др. [1973], Шаламянский [1993]). С 1979 года проводятся регулярные измерения ОСО со спутников приборами TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) (McPeters et al. [1993], Stolarski et al. [1991]).

Сезонное изменение среднемесячного и среднезонального хода ОСО хорошо изучено (Кароль и др. [1983], Атлас климатических карт [1990], Бекорюков и др. [1986]). Основными его особенностями являются постоянный экваториальный минимум, составляющий около 260 Е.Д., и северный приполярный максимум (около 440 Е.Д.) в марте-апреле. Наибольшие сезонные вариации ОСО наблюдаются в полярных широтах, наименьшие - в тропиках.

Стратосферный и тропосферный озон различаются по своему происхождению и влиянию на перенос радиации и биосферу. Стратосферный озон возникает по указанному выше механизму под действием УФ радиации Солнца. Происхождение тропосферного озона частично объясняется динамическими причинами (перенос из стратосферы), частично - фотодиссоциацией естественных и антропогенных оксидов азота.

Данные о вертикальном распределении озона (ВРО) обобщены Бекорюков и др. [1986], Dutsch et al. [1978]. ВРО характеризуется максимумом плотности на высоте -20-25 км. В полярных областях максимум расположен выше и более ярко выражен, чем в тропиках. В нижней стратосфере наблюдается рост содержания озона по направлению к полюсу для всех сезонов, что является результатом глобальной циркуляции атмосферы. Наибольший градиент наблюдается ранней весной. Выше уровня 30 мбар зависимость обратная, что связано с доминирующим влиянием фотохимических процессов над переносом. Существуют различия в распределении ОСО между северным и южным полушариями Земли. Наиболее отчетливо они проявляются поздней зимой, когда для всех высот концентрация озона в Антарктике значительно меньше, чем в Арктике. Для средних широт (50°) различия менее заметны. Характер глобальной атмосферной циркуляции является причиной низких значений ОСО вблизи экватора.

Рассмотрение сезонных вариаций концентрации озона на фиксированных уровнях приводит к следующим результатам. В средней стратосфере (11-22 мбар) содержание озона уменьшается от экватора к полюсу. Следует отметить, что такое широтное распределение сложилось бы и в спокойной атмосфере под воздействием только фотохимических факторов. Следовательно, они преобладают над динамическими в средней стратосфере. Однако, движение воздушных масс также участвует в формировании широтного распределения озона. Так, на этих высотах заметен вторичный максимум концентрации озона в северном полушарии поздней зимой, являющийся результатом глобального переноса, - черта, почти полностью отсутствующая в южном полушарии. Подобное распределение сохраняется и в переходной области 3-9 мбар. Распределение качественно изменяется в верхней стратосфере, где виден отчетливый зимний максимум и летний минимум в верхних и средних широтах. Наибольшая сезонная изменчивость ОСО проявляется в северном полушарии в средних и высоких широтах.

Помимо сезонных, наблюдаются значительные изменения ОСО от года к году. Общее содержание озона меняется в соответствии с 11-летним циклом солнечной активности. Выявлен также квазидвухлетний период таких изменений, связанный с двадцатишестимесячным циклом циркуляции тропической атмосферы. В вертикальных распределениях концентрации озона, рекомендованных Всемирной метеорологической организацией (ВМО) (WMO cloudless standard atmosphera [1986]) в качестве модельных для тропиков, средних и полярных широт, кривые имеют один максимум, соответствующий слою с максимальной концентрацией озона, и экспоненциально спадают на больших высотах. Однако, поскольку содержание озона в воздухе определяется в основном типом воздушной массы, то в результате их перемешивания могут также наблюдаться и смешанные зависимости с двумя и более максимумами.

Большое количество работ посвящено выявлению долговременного тренда ОСО. Надежному обнаружению изменений ОСО с 1957 года (когда начались регулярные изменения) мешают сильная временная изменчивость этой величины, влияние 11-летнего цикла солнечной активности, квазидвухлетних осцилляции (Кароль и др. [1990], Груздев др. [1992]), а также неравномерность распределения станций озонометрической сети (большая часть которых расположена в средних широтах северного полушария) и загрязненность нижней тропосферы и промышленными выбросами. В целом исследователи отмечают рост ОСО в 60-е годы и отрицательные тренды в последующий период. Наибольшие отрицательные изменения наблюдаются в зимние месяцы, наименьшие и даже положительные - в летние. Ведущиеся в течение более 15 лет измерения приборами TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) позволяют регулярно получать глобальные распределения ОСО в атмосфере Земли. Данные за период 11,6 лет с ноября 1978 г. проанализированы Stolarski et al. [1991]. В среднем, между 65° ю.ш. и 65° с.ш. ОСО уменьшалось на 0.26±0.14% в год. Наибольшие изменения наблюдались весной в Антарктике (от -2.0% до -3.0% в год) и между 40 и 50° северной широты (-0.8% в год).

Эти данные были использованы Madronich [1992] для моделирования глобальных сезонных трендов доз облученности биологически эффективной УФ радиацией для безоблачных условий. В расчетах использовался спектр действия для повреждений ДНК. Для северного полушария получен статистически значимый тренд от 5% до 11% за десятилетие.

В научной литературе лишь сравнительно недавно стали появляться результаты исследований изменения структуры полей УФ радиации и биологических доз поражения живых тканей человека, животных и растений, связанные с такими областями административно-хозяйственной деятельности человека как полеты высотной авиации и запуски ракет. Согласно Danilin et. al. [1997], [1998], изменение ОСО, связанное с загрязнением атмосферы выбросами химически-активных продуктов сгорания топлива будущим флотом стратосферной авиации (флот из 500 самолетов), в полярных широтах северного полушария может составить за 25 лет (1995-2015 гг.) величину ~1%, что сравнимо с приведенными выше данными о естественных изменениях ОСО. Несомненно, такие потери в атмосферном озоне должны сопровождаться любопытными изменениями в структуре полей солнечной УФ радиации в атмосфере и биологических дозах облучения. Однако, на сегодняшний день получены лишь первичные оценки изменения уровня приземной УФ облученности и биологических доз поражения эритемного покрова, а вертикальная структура возмущенных полетами высотной авиации радиационных полей в диапазоне 280-340 нм еще не исследована.

Тропосферный озон составляет около 10% от общего количества озона в земной атмосфере. Концентрация тропосферного озона обладает сильной пространственной и временной изменчивостью (Звягинцев и др. [1996]). Оценка влияния тропосферного озона на ослабление УФ радиации должна учитывать то, что от 50% до 100% УФ радиации в нижней тропосфере составляет рассеянная радиация. Это приводит к возрастанию эффективной длины пути, проходимого излучением в тропосфере, и, соответственно, большему его ослаблению за счет газового поглощения и рассеяния (Brühl et al. [1989]).

В работе McKenzie et al. [1991] исследовано влияние общего содержания озона на эритемную радиацию по данным наземных измерений в Лаудер (Новая Зеландия, 45° ю.ш.). Измерения проводились при фиксированных углах Солнца в течение 1990 года. В анализе использовались спутниковые данные об ОСО (прибор TOMS) и наземные измерения по методу Добсона. Из представленных временных зависимостей видно, что наибольшие изменения эритемной радиации вызываются изменениями облачного покрова. Также хорошо заметна отрицательная корреляция с сезонными и дневными изменениями ОСО. Для безоблачных условий получены экспериментальные значения факторов усиления эритемной радиации при изменения ОСО от 240 до 380 Е.Д. - 1,25 ±0,15, которые имеют тенденцию к росту с увеличением зенитного угла Солнца. Найденные значения RAF были больше, если использовались данные TOMS. При одинаковых углах Солнца утренние наблюдения дают меньшие значения RAF, чем послеполуденные. Эти значения систематически больше значений, полученных на основе моделирования. Например, в Madronich et al. [1991] для дневной интегральной дозы получено значение RAF 1,1 (30° с.ш.). Однако, к сравнению экспериментальных и расчетных значений следует подходить осторожно, так как последние вычисляются при фиксированном профиле озона для 1% изменения ОСО, тогда как в эксперименте мы имеем дело с естественными вариациями профиля и ОСО. В McKenzie et al. [1991] отмечается также сильное влияние зенитного угла Солнца и облаков на биологически активную УФ радиацию. Так, например, для безоблачных условий уровень эритемной радиации при зенитном угле Солнца 30° был в четыре раза выше, чем при 60°. Влияние аэрозоля в месте наблюдений характеризовалось как слабое (видимость - 50 км).

Более сильное влияние тропосферного озона на приземную УФ радиацию по сравнению со стратосферным продемонстрировано в ВгиЫ е1 а1. [1989] на основе моделирования и данных о профиле озона, полученных на станции в южной Германии. Здесь концентрация озона в тропосфере практически удвоилась за период с 1968 по 1982 год, что является типичным для континентальных регионов средних широт северного полушария в летнее время. Хотя ОСО уменьшилось в месте измерения на 1,5% между 1968 и 1982 годом, рассчитанное уменьшение УФ-Б радиации за счет роста концентрации озона в тропосфере составило 0,9% в полдень и 0,5% в целом за день.

Если оценивать изменение УФ радиации с учетом ее спектра действия на ДНК, то уровень эффективной УФ радиации уменьшился в два раза, т.е. на 1,7% в полдень и 1% за день. В 1982 году уменьшение стратосферного озона составило 6,4% по сравнению с 1968 годом, в то время как концентрация тропосферного озона выросла на 60%. Изучение приведенных данных показывает непропорционально высокую роль тропосферного озона в ослаблении УФ радиации. Так, рост ОСО на 3,5% приводит к уменьшению биологически активной УФ радиации на 10% для близких значений тропосферного озона. Рост стратосферного озона на 5% вызывает уменьшение дозы лишь на 8,5%.

Расчеты по двухмерной фотохимической модели ВгиЫ е! а1. [1989] также показывают, что рост фоновых концентраций озона в тропосфере северного полушария из-за индустриальных выбросов СО и ЫОх вызывает уменьшение проникновения УФ-Б радиации к поверхности Земли, несмотря на уменьшение стратосферного озона на 20%. Наиболее высокие уровни УФ радиации наблюдаются в Антарктике в период "озонной дыры". В работе 81апте8 Qt а1. [1990] проанализированы спектральные измерения УФ радиации на станции Мак-Мердо (Антарктика, 78° ю.ш.) в диапазоне 280-350 нм. Путем моделирования по этим данным были восстановлены общее содержание озона и эффективная оптическая толщина облачности. Восстановленные значения ОСО хорошо согласуются с наземными (метод Добсона) и спутниковыми (ТОМБ) измерениями. В работе приведены оценки влияния ОСО и облачности на уровень эффективной (ДНК) дозы УФ радиации. Так, для двух дней с близкими значениями оптической толщины облаков (9 и 10) мощность дозы вблизи полудня составила 0,246 мВт/м для ОСО 329 Е.Д. и 0.903 мВт/м2 для 252 Е.Д. Наоборот, для дней с близкими ОСО (291 и 294 Е.Д.) и оптической толщиной облаков 47 и 8 дозы составили 1,32 и 2,09, соответственно.

В отсутствие истощения озонового слоя следовало бы ожидать сезонного хода УФ радиации, симметричного относительно летнего солнцестояния. Однако, приведенные в работе Stanmes et al. [1990] временные ряды свидетельствуют о повышенных уровнях УФ радиации в октябре по сравнению с мартом. Для исследования причины этой асимметрии были выполнены расчеты средних доз в весенний период с пониженным содержанием озона и результаты сравнены с симметричным относительно солнцестояния периодом - осенью. Показано в среднем 20%-е превышение весенней дозы над осенней при соответствующем уменьшении ОСО на 8%. Это дало величину RAF 2,5% в согласии с теоретическими расчетами. Разница в оптической толщине облаков практически отсутствовала. Хотя весной наблюдалось значительное усиление УФ радиации, ее уровень не превышал уровня летнего солнцестояния.

Превышение максимально возможного при нормальной толщине озонного слоя уровня УФ радиации (соответствующего летнему солнцестоянию) зарегистрировано на станции Палмер, Антарктика (Frederick et al. [1991]) в 1990 году. В отличие от 1988 года, когда истощение озонного слоя было ограниченно октябрем и началом ноября, в 1990 году "озонная дыра" существовала вплоть до начала декабря. Для оценки влияния истощения озонного слоя на УФ радиацию Frederick et al. [1991] использовали отношение нисходящих потоков УФ радиации на длинах волн 306,5 и 350 нм. Это позволяет устранить слабо зависящее от длины ослабление радиации облачностью. Длина волны 306,5 соответствует максимуму эритем-ного спектра действия. Таким образом, данное отношение позволяет оценить относительные изменения биологически активной УФ радиации, вызванные изменением толщины озонового слоя. В период с середины сентября до конца декабря лишь для 10 дней это отношение было ниже климатологического и в 20% случаев было более чем в два раза выше климатологического среднего.

Shettle et al. [1974] выполнили расчеты уровней приземной УФ радиации для оптических толщин аэрозоля таег= 0 (чисто молекулярное рассеяние), таег=0.289 (стандартный случай), а также для удвоенной и учетверенной аэрозольной оптической толщины. Результаты показывают, что пренебрежение аэрозольным ослаблением увеличивает суммарную радиацию на 10-20%. Значительно большие ошибки возникают в относительных количествах прямого и рассеянного света. Так, при нормальном падении прямая солнечная радиация возрастает на 50% и более чем на 2 порядка для высоты Солнца 5°. При нормальном падении солнечных лучей происходит занижение потоков на 50%. При малых высотах Солнца количество рассеянной радиации завышается на 10-20%.

Shettle et al. [1974] исследовали влияния зенитного угла Солнца, содержания озона, аэрозолей и альбедо Земли на УФ радиацию, достигающую поверхности Земли в диапазоне 280-340 нм. В данной работе использован метод дискретных ординат для расчета переноса радиации в атмосфере, разбитой на 5 слоев. Исследовано влияние микроструктуры аэрозоля на характеристики УФ радиации. Показано, что изменение ширины распределения аэрозольных частиц по размерам приводит к незначительным изменениям доли рассеянного света. Зависимость уровня рассеянной радиации у поверхности Земли от характерного размера частиц аэрозоля имеет сложный характер. Найдено, что увеличение характерного радиуса от 0,1 мкм до 1 мкм приводит к уменьшению альбедо однократного рассеяния с 0,93 до 0,67 и аэрозоль поглощает больше света. Уменьшение радиуса на порядок величины уменьшает фактор асимметрии с 0,71 до 0,53 так, что значительно больше света рассеивается аэрозольными частицами назад. Оба эффекта приводят к уменьшению количества рассеянной радиации.

Liu et al. [1991] провели исследование влияния промышленных аэрозолей, образованных в результате выбросов диоксида серы, на уровень биологически активной УФ радиации. Данные об уменьшении дальности видимости в восточной части США и Западной Европы с доиндустриальной эпохи использовались как входные параметры модели для оценки изменений УФ-Б радиации на поверхности Земли. Для расчета коэффициента ослабления аэрозольными частицами при

4 919/ менялось известное соотношение ß550 = ' yR , где Rv - метеорологическая дальность видимости, км. Расчеты проведены для типичных летних условий (21 июля) 40° с.ш. Аэрозоль предполагался равномерно перемешанным в приграничном слое. Для оценки влияния толщины приграничного слоя расчеты проводились для двух толщин. При двухкилометровом слое и уменьшении видимости с 95 (естественный фоновый уровень восточной части США) до 15 км (характерное значение для непромышленных районах в середине 70-х годов) плотность потока УФ радиации уменьшилась на 18% (Я, - 310 нм). При однокилометровом пограничном слое уменьшение составило 12%.

Эффективная (ДНК) доза УФ радиации уменьшается на 5-18% для летних безоблачных условий, что эквивалентно росту содержания стратосферного озона на 2,5-9%. Таким образом, в сильно населенных промышленных регионах северного полушария аэрозоли могут значительно уменьшать уровень биологически активной УФ радиации и частично или полностью замаскировать отрицательные последствия уменьшения количества стратосферного озона. Влияние аэрозоля, однако, пренебрежимо мало для удаленных океанских акваторий южного полушария.

Облачность оказывает существенное влияние на структуру полей солнечной УФ радиации в атмосфере. По данным Незваль [1995] уровень суммарной УФ радиации (А<380 нм) в Москве в период 1968-1993 г.г. понизился на 15-20% в зависимости от времени года на фоне значительного роста балла нижней (до 27%) и общей облачности (11-14%).

Работы Brühl et al. [1988], McKenzie et al. [1991], Frederick et al. [1990], Nack et al. [1974] посвящены экспериментальному исследованию влияния облачного покрова на приземную УФ радиацию. В зависимости от мощности, сплошной облачный покров ослабляет УФ-Б радиацию от 56 до 99%. Среднее уменьшение УФ радиации из-за облаков по спутниковым данным Frederick et al. [1990] составило около 30% для 60° северной широты. В работе Brühl et al. [1988] отмечается, что для всех углов Солнца облака уменьшали УФ радиацию до 50% по сравнению с

Зезоблачными условиями. В ряде случаев отмечалось усиление суммарной УФ радиации разорванной облачностью, достигавшее 25%. Сильная изменчивость эблачного покрова требует пространственного и временного усреднения результатов измерений для надежной оценки влияния облаков на УФ радиацию. В связи г этим приведенные оценки могут сильно зависеть от времени и места наблюдения. Frederick et al. [1990] предприняли попытку оценить влияние облачного покрова на эритемную радиацию по измерениям эффективной интегральной УФ радиации и результатам численного моделирования. Используя получасовые средние отсчеты приборов около местного полудня на четырех станциях континентальной части США, авторы получили среднемесячные значения пропускания УФ радиации относительно максимального значения за месяц. Фактически делалось предположение о том, что максимальный отсчет соответствует условиям чистого неба. Сезонный ход относительного пропускания характеризовался максимумом в июне или июле, составившем 0,72 в Филадельфии (40° с.ш.), 0,83 в Бисмарке (46,8°) и 0.90 в Эль-Пасо (31,8°). На станции Мауна-Лоа (19,5°) годовой цикл менее заметен в соответствии с малой сезонной изменчивостью в тропиках. Авторами отмечена известная идеализированность такого подхода, связанная с несколькими причинами. Во-первых, максимальный за месяц отсчет не всегда соответствует незагрязненной безоблачной атмосфере. Во-вторых, анализ не учитывает изменения зенитного угла Солнца в полдень в течение месяца. Наконец, предположение о том, что вся изменчивость отсчетов приборов определяется облачностью, не учитывает сезонного хода ОСО, влияние аэрозольных и газовых загрязнений. На основе данного подхода рассчитан сезонный ход эритемной радиации в местный полдень для безоблачного неба и с учетом среднемесячного относительного пропускания. Если без учета влияния облачного покрова для всех сезонов наблюдался рост уровня эритемной радиации с уменьшением широты, то облака ослабляют, а в некоторых случаях и нарушают эту зависимость. Для четырех станций получены среднегодовые значения пропускания от 0,67 до 0,78.

В работе Frederick et al. [1990] выполнено модельное исследование влияния облаков на эритемную радиацию для двух предельных случаев. В первом случае предполагалось, что небосвод постоянно покрыт сплошной облачностью, а изменения относительного пропускания связаны с изменениями оптической толщины. Во втором случае предполагалось, что изменения пропускания связаны с изменением балла разорванной облачности. В первом случае (максимальная чувствительность к изменению оптической толщины) зависимость от т - нелинейная. Показано, что 10%-ные изменения т влияют на эритемную радиацию сильнее при тонких, чем при толстых облаках. В целом 10%-ное изменение балла облачности уменьшает эритемную радиацию сильнее, чем 10%-ное изменение оптической толщины сплошного облачного слоя, которое приводит к изменению уровня эри-темной радиации на 2-5% в зависимости от места и времени года. Полученные данные могут служить одним из возможных объяснений отрицательных трендов биологически активной УФ радиации, выявленных Scotto et al. [1988], т.к. 10%-ные изменения балла облачности могут привести к большим изменениям в уровне УФ радиации, чем связанные с зарегистрированным отрицательным трендом осо.

В работе Nack et al. [1974] на основе численного моделирования рассмотрено влияние облачного покрова, тумана и смога на УФ радиацию в диапазоне от 280 до 340 нм. Влияние указанных факторов оценивается по отношению потока рассеянной (или суммарной) радиации к величине рассеянного (суммарного) потока в безоблачных условиях (параметры Cs и Cq, соответственно).

При нахождении Солнца в зените величина Cs растет с ростом оптической толщины облаков тс до значения гс=2, а затем начинает уменьшаться, оставаясь большей 1 даже для достаточно толстых облаков с тс- 10 при длинах волн X >300 нм. Интересным является то, что изменение практически независящего от длины волны параметра тс приводит к значительному изменению спектральной зависимости рассеянной УФ радиации, что отражает сильную зависимость от X характеристик других компонентов атмосферы. Увеличение зенитного угла Солнца приводит к уменьшению отношения Cs так, что при больших углах Солнца Cs меньше 1 для исследованного диапазона длин волн 280-340 нм. Отношение суммарных потоков в облачной и безоблачной атмосфере Ся всегда меньше 1 и значительно слабее зависит от зенитного угла Солнца по сравнению с Cs. Изменение Cq с ростом тс примерно одинаково для рассматриваемого диапазона длин волн.

Nack et al. [1974] оценили влияние разорванной облачности на приземную УФ радиацию путем введения 2-х дополнительных параметров: п - балл облачности и 8 — индикатор закрытости диска Солнца, принимающий значения 0 или 1 в зависимости от того, открыто или закрыто Солнце облаками. Потоки прямой Ft и рассеянной Fs радиации представятся тогда в виде:

F1(8,tc) = (\- 8)Ft (0) + 8Ft (г Д (В. 1)

Fs(n,rc) = (l-n)Fs(0) + nFs(Tc). (В.2)

В условиях разорванной облачности при 8 = 0 суммарная радиация может превышать соответствующую величину для безоблачной атмосферы. Для п=0,8 расчеты дали Cs >1,0 вплоть до тс=2 при Солнце в зените. Наибольшее увеличение уровня УФ радиации (26%) получено для длины волны 340 нм при гс=10. При этом даже для сравнительно небольшого балла облачности 0,2 наблюдается увеличение радиации на 6%. На основании указанного рассмотрения получены следующее аппроксимационное выражение для отношения потока приземной УФ радиации при разорванной облачности:

Сд (8,п,тс) = 1 - [l - С, (тс)\ + (и - 8)[1 - Rt (В.З) где у(тс)- отношение прямой радиации к рассеянной, а

Л((гс) = ехрГ--^-1 (В.4) cost/

Для усредненного во времени отношения потоков, когда 8 = п, из соотношения (В.З) следует:

Cq(8,n,rc) = \-^-Cq(rc)\i. (В.5)

Это выражение по форме совпадает с приведенными в литературе Cq(n,rc) = l-kn, где величина к зависит от типа и оптической толщины облаков, от зенитного угла Солнца и изменяется от 0,45 до 0,68.

Влияние земного альбедо А на уровень УФ радиации у поверхности Земли исследовано Shettle et al. [1974], Чубаровой [1993] на основе следующего подхода.

Поток суммарной радиации на поверхности Земли Q может быть представлен в виде:

Q(A, 0О) = Q(0 A Xl + Аг + (Аг)2 +.)= , (В. 6)

1 -Аг где г - та часть радиации, отраженной от поверхности, которая рассеяна назад к поверхности атмосферой. Для изотропно отражающей (ламбертовой) поверхности г является функцией состава атмосферы и длины волны, но не зависит от зенитного угла Солнца. Согласно данным Shettle et al. [1974], зависимость г от длины волны достигает максимума 0,4 при Я =315 нм, спадая до величины 0,2 на более коротких волнах. В области значительного поглощения озоном г уменьшается с ростом ОСО. Близкое значение г получено в работе Чубаровой [1993] на основании модельных расчетов. В тоже время там же отмечается, что значения г, полученные на основании наблюдений УФ радиации путем обращения (Effects of Increased Ultraviolet Radiation on Biological systems [1992]), значительно меньше и примерно равны 0,13. Высказано предположение, что на эффекты переотражения сильно влияет неоднородность альбедо подстилающей поверхности, связанная с городской застройкой и т.п.

В работах Doda et al. [1980], Doda et al. [1981] приведены экспериментальные значения спектральных альбедо различных поверхностей в ультрафиолетовой области спектра. С самолета на различных высотах измерялись потоки восходящей и нисходящей радиации. С целью устранения влияния атмосферы данные по каждой длине волны линейно экстраполировались к уровню Земли. Для исследованных поверхностей (сосновый лес, океан, зеленый луг, пашня, пустыня, черная лава, снег) спектральное альбедо составляет несколько процентов (снег - 40%) и имеет тенденцию к росту с увеличением длины волны. В работе предложены аналитические аппроксимации спектрального хода альбедо в исследованном диапазоне (290-400 нм).

В 2. Цель и основные сведения о диссертационной работе.

В связи со стремительным развитием методов дистанционного наблюдения поверхности Земли и различных слоев атмосферы из космоса и с высотных самолетов все большее значение приобретают задачи, связанные с возможностью наблюдения и сопровождения в режиме реального времени протекающих в атмосфере процессов, особенно тех, которые несут повышенную опасность или отличаются непредсказуемым поведением. Высокая биологическая активность солнечной УФ радиации в диапазоне длин волн 280-340 нм обуславливает необходимость постоянного слежения за изменением структуры радиационных полей и связанных с ними изменениями доз поражения живых тканей человека (вызывающего рак кожи, разрушение сетчатки глаза), животных и растений, что может привести к серьезным нарушениям экологического баланса, в первую очередь, в экосистемах полярных широт, в течение эволюционного развития приспособившихся к низкому естественному уровню УФ радиации и чутко реагирующих на любое его изменение.

Для того, чтобы извлечь из воспринимаемых приборами возмущений полей рассеянной радиации информацию о происходящих в атмосфере процессах, необходимо решить обратную задачу оптики пространственно неоднородных сред, которая в подавляющем большинстве случаев не имеет аналитического решения и решается только численно, используя метод многократной прогонки аналогичной прямой задачи (задачи расчета полей радиации по известной структуре среды) для различных пространственных распределений радиационно-активных компонент атмосферы. Необходимость обрабатывать в режиме реального времени данные, непрерывно поступающие с измерительной аппаратуры, накладывает жесткие гребования на программное обеспечение, использующееся для расчета простран-:твенной структуры среды и анализа происходящих в ней изменений. Численная модель расчета полей направленной радиации в атмосфере должна обладать высоким быстродействием, позволяющим отслеживать динамику наблюдаемых явлений, высоким пространственным (до нескольких десятков метров) и спектральным (доли нм) разрешением, высокой точностью и надежностью, а также гибкостью по отношению к различным сценариям возмущений атмосферных параметров и возможностью детальной прорисовки тонкой структуры их пространственного распределения.

Интерес, который во всем мире проявляется к дистанционным наблюдениям в УФ-Б диапазоне (280-320 нм), вряд ли можно назвать случайным. Структуру полей УФ радиации в данном диапазоне длин волн при ясном небе полностью определяет пространственное распределение атмосферного озона. Влияние подстилающей поверхности перестает сказываться уже на высотах порядка нескольких километров. Случайные помехи естественного происхождения, сильно осложняющие связь в радио и инфракрасном диапазонах (например, взлетающие с поверхности реки стаи диких гусей, часто принимаемые радарами ПВО за движущуюся цель), в УФ диапазоне не играют роли и не вносят существенных изменений в фоновый режим. Практически единственным источником изменений полей УФ радиации являются нарушения в пространственном распределении озона, возникающие в результате протекания гетерогенных химических реакций и полностью определяющиеся химическими законами и концентрацией реагентов. Таким образом, любой движущийся в атмосфере беспилотный летательный аппарат, ракета или выполненный по технологии "стеллс" самолет, не оставляющий за со-5ой видимого инверсионного следа, будет контрастно выделяться на общем ровном фоне УФ радиации, если в его топливе или продуктах сгорания топлива содержатся химически активные вещества, приводящие к разрушению атмосферного озона.

Натурные измерения являются важнейшим критерием подтверждения гех или иных выводов о взаимосвязи полей УФ радиации с различными атмосферными факторами и процессами. Наблюдения позволяют наиболее полно эписать статистические зависимости изменения полей УФ радиации, характерных для данного места измерений. Для обобщения получаемых таким образом зависимостей необходимо наличие глобальной или региональной сети станций, изме-эяющей спектральные потоки УФ радиации и УФ радиацию, рассеянную в определенном направлении. Для разделения влияния различных факторов на приземную УФ радиацию требуются длительные ряды наблюдений УФ радиации и сопутствующей ей метеорологической информации. Это предполагает значитель-аые материальные затраты.

В условиях отсутствия глобальных сетей УФ мониторинга важное значение триобретают методы исследования, основанные на моделировании переноса УФ излучения. Численный эксперимент позволяет использовать имеющиеся данные о составе атмосферы для анализа влияния метеорологических условий на уровень УФ радиации и получения зависимостей, репрезентативных для данного региона. Моделирование переноса УФ радиации в атмосфере позволяет наиболее полно исследовать закономерности изменчивости полей УФ радиации при варьировании различных факторов - таких, как пространственное распределение атмосферного озона, аэрозоля и облачность. Это особенно важно в случае последней, так как численные расчеты позволяют абстрагироваться от сильной изменчивости облаков, неизбежно затрудняющей выявление таких зависимостей при натурных измерениях. Численный эксперимент может также служить важным вспомогательным средством при интерпретации результатов экспериментальных измерений.

Достаточно большое количество уже разработанных различными авторами численных моделей расчета полей УФ радиации в атмосфере, тем не менее, все еще не позволяет успешно решать весь (или хотя бы достаточно широкий) круг задач атмосферной оптики. Не смотря на несомненные достоинства различных численных моделей (Ленобль [1991]), большинство из них содержит ряд недостатков, которые атрудняют их массовое практическое использование. Среди таких нерешенных проблем можно отметить отсутствие согласования между различными численными моделями по единым источникам, структуре и форме представления входных данных о пространственной структуре атмосферы и ее сезонной изменчивости, алгоритмическим и программным решениям, недостаточно высокое разрешение по высоте и длине волны, не позволяющее оценивать влияние тонких структур пространственных распределений атмосферного озона и аэрозоля (с характерным масштабом изрезанности вертикальных профилей, не превышающим десятки метров), низкое быстродействие и использование различных допущений при приближенном решении уравнения переноса, не всегда достаточно полно освещаемых авторами моделей. Использование в большинстве моделей единственного численного метода решения уравнения переноса не позволяет снимать ограничения на глубину и объем исследований, связанные с ограниченной применимостью этого метода.

На сегодняшний день даже лучшие численные модели (Геогджаев [1996]), в которых реализованы методы расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере в сложных оптико-метеорологических условиях (в том числе - в условиях присутствия в атмосфере полей разорванной облачности), все еще предполагают структуру отдельных облачных фрагментов пространственно-однородной, что вносит заметные искажения в структуру полей уходящей УФ радиации. Между тем, проделанный Hsu et. al. [1997] анализ точности методики TOMS-7 показал, что неопределенность в положении нижней границы слоя облачности и используемое в методике TOMS-7 предположение об однородности вертикальной структуры облаков, может привести к ошибкам в определении ОСО, достигающим значений ~20 единиц Добсона. Необходимость внесения поправок и изменений в методику спутниковой озонометрии TOMS-7 требует решения специальной задачи -задачи построения для конкретных эмпирических моделей полей разорванной облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов глобальных полей УФ альбедо системы Земля-атмосфера, - которая все еще ждет своего часа.

Данные экспериментальных наблюдений структуры радиационных полей позволяют говорить о том, что, по-видимому, возмущение полей УФ радиации наиболее ярко проявляет себя не повсеместно (в широком диапазоне высот и длин волн), а в узких областях фазового г, Я -пространства, в пределах которых возмущение радиационных полей может превышать уровень возмущения в любой точке вне этой области в десятки раз, а экспериментальные измерения возмущения УФ радиации вне этой области будут давать картину чистого неба (отсутствия возмущений структуры радиационных полей в атмосфере) даже при достаточно заметных нарушениях пространственной структуры распределения ее газовых и аэрозольных составляющих. Знание таких особенностей отклика структуры полей УФ радиации позволит вносить поправки в существующие методики поиска и наблюдения возмущений структуры радиационных полей в атмосфере, возникающих в результате аварийных выбросов химически- (радиационно-) активных веществ или в результате естественных катаклизмов. Тем не менее эти области еще не открыты и описание их еще не дано в научной печати.

Необходимо отметить практически полное отсутствие исследований особенностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на тонкую структуру пространственно-временного распределения атмосферного озона и аэрозоля, например, с целью изучения роли узких приземных инверсионных аэрозольный слоев в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности, которые, как это недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья, при определенных условиях могут конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли.

Целью диссертации является разработка комплекса взаимосогла-сованных численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере (в диапазоне длин волн 280-340 нм) и исследование особенностей отклика полей солнечной УФ радиации на различные сценарии нарушения пространственного распределения ее радиационно-активных составляющих (таких как атмосферный озон, аэрозоль и облачность), являющихся следствием воздействия на состав атмосферы источников возмущения ее структуры как естественного, так и антропогенного происхождения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие научно-исследовательские задачи:

1. Разработать комплекс численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере (в диапазоне длин волн 280-340 нм), предназначенный для решения прямых и обратных задач оптики атмосферы и отвечающих следующим требованиям:

- высокое пространственное (десятки метров) и спектральное (пм) разрешение, позволяющее оценивать отклик полей УФ радиации на тонкую структуру пространственного распределения атмосферного озона, аэрозоля и пространственную микроструктуру облачных фрагментов;

- модели расчета полей энергетической яркости УФ, восходящей, нисходящей, прямой и актинической компонент потока в безоблачных и в условиях присутствия в атмосфере полей разорванной кучевой облачности должны использовать общую для всех моделей базу входных данных о пространственной структуре атмосферы и ее сезонной изменчивости, общие алгоритмические и программные решения, взаимно дополнять друг друга и решать в режиме реального времени широкий круг задач атмосферной оптики;

- использование комплекса взаимосогласованных численных моделей для анализа конкретных сложных оптико-метеорологических ситуаций в атмосфере должно снимать большинство ограничений на глубину и объем исследований, связанных с ограниченной применимостью различных численных методов, используемых для расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере;

- метод расчета полей солнечной УФ радиации в модели переноса УФ радиации сквозь поле разорванной облачности должен быть разработан с учетом микроструктуры облачных фрагментов (распределения капель по размерам), что позволит приблизить расчетную модель к реальным условиям облачной атмосферы. Впервые в практике решения подобных задач в облачной модели должна быть учтена вертикальная структура микрофизических характеристик облачности.

2. На основе разработанного комплекса численных моделей получить систематические данные о высотно-спектрально-широтных полях солнечной УФ радиации в атмосфере и биологических дозах поражения эритемы, ДНК и растительности в северном и южном полушариях в невозмущенных (фоновых) условиях для различных времен года и различных значений высоты Солнца.

3. На основе разработанного комплекса моделей провести анализ основных широтных, высотных и сезонных закономерностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на различные возмущения ее газового и аэрозольного состава, связанные с действием источников возмущения как естественного (извержения вулканов, озонная «дыра»), так и антропогенного (полеты самолетов и запуски ракет) характера. Для каждого сценария возмущения состава атмосферы получить соответствующие оценки изменения доз поражения эритемы, ДНК и растительности.

4. Для конкретной эмпирической модели поля разорванной высококучевой облачности построить глобальные поля УФ альбедо системы Земля-атмосфера.

5. На базе разработанного комплекса моделей исследовать роль узких приземных инверсионных аэрозольный слоев в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности, которые, как это недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья, при определенных условиях могут конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли.

Актуальность диссертационной работы связана с:

1. необходимостью разработки комплекса взаимосогласованных (по структуре и форме представления входных данных о пространственной структуре атмосферы и ее сезонной изменчивости, алгоритмическим и программным решениям) численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере, предназначенного для решения в режиме реального времени прямых и обратных задач оптики атмосферы в сложных метеорологических условиях (в том числе - в условиях присутствия в атмосфере полей разорванной облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов) и позволяющего снимать ограничения на глубину и объем исследований, связанные с ограниченной применимостью различных численных методов, используемых для расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере;

2. необходимостью построения для конкретных эмпирических моделей полей разорванной высококучевой облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов глобальных полей УФ альбедо системы Земля-атмосфера с целью внесения поправок и изменений в методику спутниковой озонометрии TOMS-7, для которой неопределенность в положении нижней границы слоя облачности и используемое в методике предположение об однородности вертикальной структуры облаков, как было показано в Hsu et. al. [1997], может привести к ошибкам в определении ОСО, достигающим значений ~20 единиц Добсона.

3. необходимостью исследования закономерностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на различные возмущения ее газового и аэрозольного состава, связанные с действием источников возмущения как естественного, так и антропогенного происхождения, с целью выработки методических рекомендаций по обнаружению в фазовом ( г,Л) пространстве узких областей (очагов) радиационного возмущения, в пределах которых возмущение радиационных полей может превышать уровень возмущения в любой точке вне этой области в десятки раз, а экспериментальные измерения возмущения УФ радиации вне этой области будут давать картину чистого неба (отсутствия возмущений структуры радиационных полей в атмосфере) даже при достаточно заметных нарушениях пространственной структуры распределения ее газовых и аэрозольных составляющих (связанных, например, с извержениями вулканов класса Пинатубо или с протеканием озоноразру-шающих процессов в области антарктической озонной «дыры»);

4. необходимостью исследования особенностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на тонкую структуру пространственно-временного распределения атмосферного озона и аэрозоля с целью изучения роли узких приземных инверсионных аэрозольный слоев в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности, которые, как это недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья, при определенных условиях могут конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли.

Новизна представленных в диссертационной работе результатов исследований заключается в следующем:

1. Впервые разработан комплекс взаимосогласованных (по структуре и форме представления входных данных о пространственной структуре атмосферы и ее сезонной изменчивости, алгоритмическим и программным решениям) численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере, предназначенный для решения в режиме реального времени прямых и обратных задач оптики атмосферы в сложных метеорологических условиях (в том числе — в условиях присутствия в атмосфере полей разорванной облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов) и позволяющий снимать ограничения на глубину и объем исследований, связанные с ограниченной применимостью различных численных методов, используемых для расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

Впервые в практике решения подобных задач в модели учтена вертикальная структура микрофизических характеристик фрагментов полей разорванной облачности.

2. На основе разработанного комплекса численных моделей впервые получены систематические данные о высотно-спектрально-широтных полях солнечной УФ радиации в атмосфере и биологических дозах поражения эритемы, ДНК и растительности в северном и южном полушариях в невозмущенных (фоновых) условиях для различных времен года и различных значений высоты Солнца.

3. Впервые в результате исследования закономерностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на различные возмущения ее газового и аэрозольного состава, связанные с действием источников возмущения как естественного, так и антропогенного происхождения, в фазовом (г,Л) пространстве обнаружены узкие области (очаги) радиационного возмущения, в пределах которых возмущение радиационных полей может превышать уровень возмущения в любой точке вне этой области в десятки раз, а экспериментальные измерения возмущения УФ радиации вне этой области будут давать картину чистого неба (отсутствия возмущений структуры радиационных полей в атмосфере) даже при достаточно заметных нарушениях пространственной структуры распределения ее газовых и аэрозольных составляющих (связанных, например, с извержениями вулканов класса Пинатубо или с протеканием озоноразрушающих процессов в области антарктической озонной «дыры»). Впервые обнаружено, что при определенных условиях наблюдения все точки фазового пространства, в которых возмущение радиационных полей достигает своего максимального значения, могут с высокой точностью располагаться вдоль одной прямой.

4. Впервые для конкретной эмпирической модели поля разорванной высококучевой облачности построены глобальные поля УФ альбедо системы Земля-атмосфера.

5. Разработанный комплекс моделей впервые показал, что в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности при определенных условиях приземный инверсионный аэрозольный слой может конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли, что недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья.

Достоверность представленных расчетных данных обеспечивается - использованием дельта-метода Эддингтона для расчета полей компонент потока УФ радиации в атмосфере как наиболее точного среди численных методов, приближенно решающих уравнение переноса радиации в стратифицированной среде (заключение комиссии под руководством Ж. Ленобль по результатам сравнения различных численных методов - Ленобль [1991]);

- использованием метода последовательных порядков рассеяния для расчета полей направленной УФ радиации в атмосфере, обеспечивающего в диапазоне длин волн 280-340 нм быструю сходимость членов ряда при разложении поля рассеянной радиации на поля, состоящие из радиации, рассеянной один, два, три . раз (2-й порядок рассеяния составляет не более 4% от значения 1-го, 3-й - не более 2-3% от значения 2-го и т.д.);

- использованием модели геометрической структуры полей разорванной облачности, адекватно отражающей основные свойства реально наблюдаемых облачных ситуаций;

- отсутствием существенных упрощающих предположений при расчете переноса солнечной УФ радиации сквозь поля разорванной облачности методом Монте-Карло;

- отсутствием расчетных ограничений на количество высотных уровней в шкале высот, на которых рассчитываются оптические параметры атмосферы и характеристики полей УФ радиации;

- высоким спектральным и пространственным разрешением, которая достигается в результате использования в моделях методов, осуществляющих автоматическую перестройку внутренней расчетной шкалы высот в соответствии с оптическими свойствами среды;

- результатами сравнения модельных расчетов с данными экспериментальных измерений и данными, полученными авторами других численных моделей;

- использованием различных расчетных методов для расчета компонент потока и радиации, рассеянной в определенном направлении, что позволяет проводить внутреннюю верификацию получаемых расчетных результатов (например, при обработке экспериментальных данных, поступающих от измерительной аппаратуры в режиме реального времени), и результатами взаимной верификации, проведенной по исследуемым в диссертации сценариям возмущения газового и аэрозольного состава атмосферы.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем:

1. существует возможность использования разработанного комплекса согласованных моделей и результатов их применения (например, построенные для конкретных эмпирических моделей полей разорванной высококучевой облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов глобальные поля УФ альбедо системы Земля-атмосфера) для внесения поправок и изменений в методику спутниковой озонометрии TOMS-7, для которой неопределенность в положении нижней границы слоя облачности и используемое в методике предположение об однородности вертикальной структуры облаков, как было показано в Hsu et. al. [1997], может привести к ошибкам в определении ОСО, достигающим значений ~20 единиц Добсона;

2. представленный в диссертационной работе комплекс численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере разработан, в частности, для применения в программах исследования пространственно-временной структуры атмосферы и радиационных полей в рамках научно-исследовательских проектов «Тройка» (исследование пространственно-временных изменений содержания различных газовых и аэрозольных составляющих атмосферы вдоль трансконтинентальных разрезов, железнодорожный вагон-лаборатория, совместный проект ИФА РАН, Россия, и Института химии Макса Планка, ФРГ), TOR (Total Ozone Research Program, международная программа исследования состояния тропосферного озона по данным сети европейских озонометрических станций) и программы исследования факелов крупных мегаполисов (федеральный грант «Интеграция», координатор - кафедра физики атмосферы МГУ им. М.В. Ломоносова);

3. впервые обнаруженные в фазовом (г,Л) пространстве узкие области (очаги) радиационного возмущения, в пределах которых возмущение радиационных полей может превышать уровень возмущения в любой точке вне этой области в десятки раз, а экспериментальные измерения возмущения УФ радиации вне этой области будут давать картину чистого неба (отсутствия возмущений структуры радиационных полей в атмосфере) даже при достаточно заметных нарушениях пространственной структуры распределения ее газовых и аэрозольных составляющих, позволяют вносить поправки в существующие методики поиска и наблюдения возмущений структуры радиационных полей в атмосфере, возникающих в результате аварийных выбросов химически- (радиационно-) активных веществ или в результате естественных катаклизмов;

4. приведенные в диссертационной работе результаты исследования влияния тонких (с характерной толщиной - не более 1,0-1,5 км) приземных аэрозольных слоев (тонкая структура атмосферного аэрозоля) на структуру полей УФ облученности, проведенного на базе разработанного комплекса моделей, впервые позволили показать, что в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности при определенных условиях приземный инверсионный аэрозольный слой может конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли, что недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья. Эти новые результаты требуют пересмотра существующих представлений о том, что изменения структуры полей приземной УФ облученности и интегральных биологических доз поражения живых тканей в первую очередь связаны с изменениями в структуре стратосферного озона, а изменения в атмосферном аэрозоле вносят лишь незначительный вклад в изменчивость приземных полей УФ радиации.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Комплекс взаимосогласованных (по структуре и форме представления входных данных о пространственной структуре атмосферы и ее сезонной изменчивости, алгоритмическим и программным решениям) численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере, предназначенный для решения в режиме реального времени прямых и обратных задач оптики атмосферы в сложных метеорологических условиях (в том числе — в условиях присутствия в атмосфере полей разорванной облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов) и позволяющий снимать ограничения на глубину и объем исследований, связанные с ограниченной применимостью различных численных методов, используемых для расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

2. Систематические данные о структуре высотно-спектрально-широтных полей солнечной УФ радиации в атмосфере и биологических дозах поражения эритемы, ДНК и растительности в северном и южном полушариях в невозмущенных фоновых) условиях для различных времен года и различных значений высоты Солнца, полученные в результате применения разработанного комплекса численных моделей.

3. Анализ основных широтных, высотных и сезонных закономерностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на различные возмущения содержания и пространственного распределения ее газовых и аэрозольных составляющих, связанные с действием источников возмущения как естественного (извержения вулканов, озонная «дыра»), так и антропогенного (полеты самолетов и запуски ракет) характера. Для каждого сценария возмущения состава атмосферы получены соответствующие оценки изменения доз поражения эритемы, ДНК и растительности.

4. Глобальные поля УФ альбедо системы Земля-атмосфера, построенные для конкретной эмпирической модели поля разорванной высококучевой облачности при помощи разработанного комплекса численных моделей расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

5. Результаты исследования особенностей отклика полей приземной УФ облученности на тонкую структуру атмосферного аэрозоля (тонкий инверсионный слой толщиной км), проведенного при помощи разработанного комплекса моделей и впервые показавшие, что в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности при определенных условиях приземный инверсионный аэрозольный слой может конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли, что недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Манойло, Андрей Викторович

3.7.2. Выводы.

1. Разработанный в диссертации комплекс численных моделей атмосферы впервые показал, что в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности при определенных условиях приземный инверсионный аэрозольный слой может конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли, что недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья.

2. В условиях присутствия в атмосфере инверсных слоев содержания атмосферного аэрозоля, в середине УФ-Б диапазона (на длине волны 300 нм) изменение оптической толщины атмосферы на 1%, связанное с изменением аэрозольной замутненности, эквивалентно изменению оптической толщины атмосферы на 0,4%, связанному с уменьшением концентрации озона на высотах ~ 12-3 5 км.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Новые результаты, полученные в диссертации, можно сформулировать в виде следующих положений:

1. Впервые разработан комплекс взаимосогласованных (по структуре и форме представления входных данных о пространственной структуре атмосферы и ее сезонной изменчивости, алгоритмическим и программным решениям) численных моделей расчета полей солнечной УФ радиации в атмосфере, предназначенный для решения в режиме реального времени прямых и обратных задач оптики атмосферы в сложных метеорологических условиях (в том числе - в условиях присутствия в атмосфере полей разорванной облачности с различной пространственной структурой микрофизических характеристик облачных фрагментов) и позволяющий снимать ограничения на глубину и объем исследований, связанные с ограниченной применимостью различных численных методов, используемых для расчета структуры полей солнечной УФ радиации в атмосфере.

Впервые в практике решения подобных задач в модели облачной атмосферы учтена вертикальная структура микрофизических характеристик фрагментов полей разорванной облачности.

2. На основе разработанного комплекса численных моделей впервые получены систематические данные о высотно-спектрально-широтных полях солнечной УФ радиации в атмосфере и биологических дозах поражения эритемы, ДНК и растительности в северном и южном полушариях в невозмущенных (фоновых) условиях для различных времен года и различных значений высоты Солнца.

3. Впервые в результате исследования закономерностей отклика полей УФ радиации в атмосфере на различные возмущения ее газового и аэрозольного состава, связанные с действием источников возмущения как естественного, так и антропогенного происхождения, в фазовом (г,Л) пространстве обнаружены узкие области (очаги) радиационного возмущения, в пределах которых возмущение радиационных полей может превышать уровень возмущения в любой точке вне этой области в десятки раз, а экспериментальные измерения возмущения УФ радиации вне этой области будут давать картину чистого неба (отсутствия возмущений

150 структуры радиационных полей в атмосфере) даже при достаточно заметных нарушениях пространственной структуры распределения ее газовых и аэрозольных составляющих (связанных, например, с извержениями вулканов класса Пинатубо или с протеканием озоноразрушающих процессов в области антарктической озонной «дыры»). Впервые обнаружено, что при определенных условиях наблюдения все точки фазового пространства, в которых возмущение радиационных полей достигает своего максимального значения, могут с высокой точностью располагаться вдоль одной прямой.

4. Впервые для конкретной эмпирической модели поля разорванной высококучевой облачности построены глобальные поля УФ альбедо системы Земля-атмосфера.

5. Разработанный комплекс моделей впервые позволил показать, что в формировании поля приземной ультрафиолетовой облученности при определенных условиях приземный инверсионный аэрозольный слой может конкурировать с естественными изменениями в основном озоновом слое Земли, что недавно было экспериментально обнаружено в районе Средиземноморья.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Манойло, Андрей Викторович, 2000 год

1. Александров Э.Л., Израэль Ю.А., Кароль И.Л., Хргиан А.Х., 1992: Озонный щит

2. Земли и его изменения. //С.П.: Гидрометеоиздат.

3. Аллен К.У., 1977: Астрофизические величины. //М: Мир.

4. Ленобль Ж., 1990: Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих атмосферах. //Л.: Гидрометеоиздат.

5. Мазин И.П., Хргиан А.Х., 1989: Облака и облачная атмосфера. Справочник. //Л.: Гидрометеоиздат.

6. Фейгельсон Е.М. (ред), 1981: Радиация в облачной атмосфере. //Л., Гидрометеоиздат.

7. Фейгельсон Е.М., Краснокутская Л.Д., 1978: Потоки солнечного излучения и облака. //Л.: Гидрометеоиздат.

8. Adriani A., Fiosso G., Gobbi G.P., Congeduti F., " Corellated behavior of the aerosol and ozone contents of the stratosphere after the El Chichon eruption", JGR, v. 92, ND7, pp. 8365-8372,1987.

9. Dave J.E., Halpern P., "Effect of changes in ozone amount on the ultraviolet radiation received at sea level of a model stratosphere", Atmos. Envirop., v. 10, N7, pp. 547-555, 1976.

10. Toon O.B., Pollack J.B., 1976: A global average model of atm. aerosols for radiative transfer calculations. //J.Applay.Meteor., v. 15, N3, pp. 225-246. .Gleason J.F. et al., "Record low global ozone in 1992", Science, v.90, pp. 523-526, 1993.

11. Hayashida S., Sasano Y., "Stratospheric aerosol chenge in the early stage of volcanic disturbance by the Pinatubo eruption observed over Tsukuba, Japan", GR Lett., v.20, N7, pp. 575-578, 1993.

12. Hofman D.J. et al., "Ozone loss in the lower stratosphere over US in 1992-1993: evidence for heterogenic chemistry on the Pinatubo aerosol", GR Lett., v.21, N1, pp. 6568, 1994.

13. Hofman D.J., Solomon S., "Ozone destruction through chemistry folowing the eruption of El Chichon", JGR, N0.D4, pp. 5029-5041, 1989.

14. Pitary G. And Rizi V., "An estimate of the chemical and radiative perturbation of stratospheric ozone following the eruption of Mt. Pinatubo", JAS, v.50, N19, pp. 3260-3276, 1993.

15. Геогджаев И.Б.: Оптические свойства облачности, Диссертация на соискание степени кандидата физ.-мат. наук, Москва, ЦАО, 1996.

16. Bomman, J.F., Target sites of UV-B radiation in photosynthesis of higher plants, J. Photochein. Photobiol, B. Biology, 1989, 4, p. 145-158.

17. Frederick, J.E., and A.D. Alberts, Prolonged Enchancement in Surface Ultraviolet Radiation During the Antarctic Spring of 1990, Geophys. Res. Lett., 1991, Vol 18, No 10, p. 1869-1871.

18. Smith, R.C., Ozone, Middle Ultraviolet Radiation and the Aquatic Environment, Photochem. Photobiol., 1989 Vol.50, No.4, p. 459-468.

19. Волкова Е.В., Чубарова Н.Е., Влияние различных атмосферных параметров на ультрафиолетовую и биологически активную радиацию, Изв. АН, серия Физика атмосферы и океана, 1995, т. 31, №4, с.531-539.

20. Кароль И.Л., Розанов В. В., Тимофеев Ю. М., Газовые примеси в атмосфере, Л. Гидрометеоиздат, 1983.

21. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1990-99, World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No. 25, Geneva, 1991-99.

22. Еланский Н.Ф., Звенигородский С.Г., Смышляев С.П., Воздействие вулканических извержений на стратосферный озоновый слой. Докл. АН СССР, Т. 294, №5, с. 1077-1081.

23. Stolarski, R.S., P. Bloomfield, RD. McPeters, and J. R. Herman, Total ozone trends deduced from Nimbus 7 TOMS data, Geophys. Res. Lett., 1991, 18, No 6, p. 10151018.

24. Madronich, S., Implications of recent total atmospheric ozone measurements for biologically active ultraviolet radiation reaching the Earth's surface, Geophys. Res. Lett, 1992, 19, p. 37-40.

25. Кондратьев К.Я, Вароцос К, Федченко ГШ, Глобальная динамика общего содержания озона, ее влияние на изменчивость ультрафиолетовой радиации и воздействия на экосистемы, Исследования Земли из космоса, 1995, №4, с. 105-117.

26. Frederick, J.E., A.E. Koob, A.D. Alberts, and E.C. Weatherhead, Empirical Studies of Tropospheric Transmission in the Ultraviolet: Broadband Measurements. J.Applied Meteor., 1993, 32, p. 1883-1892.

27. Бусыгин, В,П., Геогджаев, И.В., Кондранин, Т.В., Рублев, А.Н., Чубарова, Н.Е„ Моделирование изменчивости потоков УФ радиации при кучевой облачности, 1 Межреспубликанский Симпозиум "Оптика атмосферы и океана", Сборник тезисов докладов, ч.1, с. 240-241.

28. Cahalan R.F.,Overview of fractal clouds, In Advances in Remote Sensing Retrieval Methods, A.Deepak Pub., 1989, p. 371-388.

29. Ю.Романова JI.M., Тарабухина И.М. Отражение света горизонтально-неоднородным облаком при освещении Солнцем, Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1981, т. 17, №1, с.27-37.

30. Романова JI.M., Пространственные вариации радиационных характеристик горизонтально-неоднородных облаков Изв. РАН, Физика атмосферы и океана, 1992, т.28, №3, с.268-276.

31. Titov, G. A., Statistical description of radiative transfer in clouds, J. Atmos.Sci., 1990, Vol. 47, No.l, p.24-38.

32. Malvagi, P., R.N.Byme, G.C. Pomraning, and R.C.J. Soinerville, Stochastic radiative transfer in partially cloudy atmosphere, J. Atmos.Sci., 1993, Vol. 50, No. 14, p. 2146-2158.

33. Титов Г.А. Статистические характеристики коротковолновой солнечной радиации при кучевой облачности, Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1980, Т. 16, №7, с.с.712-719.

34. Harshvardhan and J.A. Weinman. Infrared radiative transfer through a regular array ofcuboidal clouds, J. Atmos. Sci., 1982, 39, p.p.431-439.

35. Мазин, И.П., Хргиан A.X., Под ред., Облака и облачная атмосфера. Справочник. Л., Гидрометеоиздат 1989.

36. Barker, H.W., Solar Radiative Transfer for Wind-Sheared Cumulus Cloud Fields, J. Atmos. Sci., 1994, Vol. 51, No.9.

37. Cahalan, R.F.,and J.H.Joseph, Fractal Statistics of Cloud Fields, Monthly Weather Review, 1989, Vol.117, p.261-272.

38. Marshak A., A.Davis, R. Cahalan, and W. Wiscombe, Bounded cascade models as nonstationary multifractals, Physical Review E, 1994, Vol.49, No. 1, p. 55-69.

39. Мулламаа Ю.А., Под ред„ Стохастическая структура полей облачности и радиации, Тарту, АН ЭССР, 1972,281с.

40. Фейгельсон, Е.М., Под ред. Радиация в облачной атмосфере, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1981, 280 с.9.3уев В.Е, Титов Г.А, Радиационные эффекты разорванной облачности, Оптика атмосферы и океана, Т.8, №1-2, 1995, с. 201-223.

41. О.Исимару, А, Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, т.2, М. Мир, 1981, 318с.

42. Ц.Тихонов В.И, Хименко В. И, Выбросы траекторий случайных процессов, М. Наука, 1987, 304с.

43. Марчук, Г.И. Под ред, 1976. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике, Новосибирск, Наука, 1976, 276с.

44. З.Ж. Ленобль, Под. ред. Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих средах, Л. Гидрометеоиздат, 1990.

45. Garcia, R.D,M, and C.E.Siewert, Benchmark results in radiative transfer, Transport Theory and Statistical Physics, vol 14, No. 4 , 1985, p. 437-483.

46. Хргиан A.X, Физика атмосферы, M. Гос. изд, технико-теоретической литературы, 1953.

47. Bais, A.F„ C.S. Zerefos, С. Melety, I.C. Ziomas and K.Tourpaly, 1993, Spectral measurements of solar UVB radiation and its relation to total ozone, S02 and clouds. JGR, Vol.48, D3, pp. 199-204.

48. Floletov V., Total ozone "normal" values and mapping algorithm, in Atlas of G030S total ozone maps for the northern hemisphere winter-spring of 1992-1993, WMO Ozone Report #34, Geneva, 1993.

49. Wiscombe, W.J., The delta-Eddington approximation for a vertically inhomogeneous atmosphere, Tech, Note TN-121+ STR, Natl. Cent, for Atmos. Res., Boulder, Colorado., 1977.

50. Frederick, J.E. and D. Lubin, The Budget of Biologically Active Ultraviolet radiation m the Earth-Atmosphere System, J. Geophys, Res., 1988, 93, 3825-3832.

51. Meador, W.E. and W.R.Weaver, Two-stream approximations to radiative transfer in planetary atmospheres: A unified description of existing methods and a new improvement. J.Atmos.Sci., 1980, 37, 630-643.

52. Cess R.D., Zhang M.H., Zhou Y., Jing X., Dvortsov V.; Absorption of solar radiation by clouds: interpretation of satellite, surface, and aircraft measurements, Geophysical research, vol. 101, no. D18, p. 23,299-23,309, October 27,1996.

53. Erle F., Pfeilsticker K., Piatt U. On the influence of tropospheric clouds on zenith-scattered-light measurements of stratospheric species, Geophysical Research letters, vol.22, no 20, p.2725-2728, October 15,1995.

54. McKenzie, R.L, W.A.Matthews and P.VJohnston, The relationship between erythemal UV and ozone, derived from spectral irradiance measurements, Geophys. Res. Lett, 1991, vol. 18, No 12, p. 2269-2272.

55. Sabziparvar A.A, Piers M. de F. Forster, Shine K.P, Changes in ultraviolet radiation due to stratospheric and tropospheric ozone changes since preindustrial times, Geophysical Research, vol. 103, no. D20, p. 26,107-26,113, October 27,1998.

56. Yung Y.L, Jiang Y, Liao H, Gerstell M.F, Enhanced UV penetration due to ozone cross-section changes induced by C02 doubling, Geophysical Research letters, vol.24, no24, p.3229-3231, December 15, 1997.

57. Whitney C, Efficient stream distributions in radiative transfer theory, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Tranfer, vol.14, p.591-611,1974.

58. Danilin M.Y, J.M. Rodriguez, M.K.W. Ko, D.K. Weisenstein, R.C. Brown, R.C. Miake-Lye, and M.R. Anderson: Aerosol particle evolution in an aircraft wake: Implication for the HSCT fleet impact on ozone. //JGR, 102, 21, 1997.

59. Danilin M.Y. "Local stratospheric effects of solid rockets emissions". //"Annales Geophysical", 11,1993.

60. Hermann J.R, Krotkov N, Celarier E, Larco D, and Labow G, 1999: Distribution of UV radiation at the Earth's surface from TOMS-measured UV-backscattering radiances, JGR, v. 104, NO D10, pp. 12059-12076.

61. Г.И. Кузнецов, А.В. Манойло: Особенности отклика полей солнечной УФ радиации в атмосфере на различные нарушения ее газового и аэрозольного состава // Сборник тезисов 6-й конференции молодых ученых МАПАТЭ-2000, Нижний Новгород, 2000, с.39

62. Г.И. Кузнецов, А.В. Манойло: Особенности отклика полей солнечной УФ радиации в атмосфере на различные нарушения ее газового и аэрозольного состава // Сборник трудов 6-й конференции молодых ученых МАПАТЭ-2000, Нижний Новгород, 2000.

63. Рис. 2.2.12. ФРВ спектральной плотности актинического потока на длине волны 308,6 нм, январь 2015 г., сценарий стратосферной авиации, зенитный угол солнца -80°, дельта-метод Эддингтона.

64. Рис. 2.2.13. ФРВ спектральной плотности актинического потока на длине волны 308,6 нм, январь 2015 г., сценарий стратосферной авиации, зенитный угол солнца -80°, метод последовательных порядков рассеяния.

65. Рис. 2.2.14. ФРВ спектральной плотности актинического потока на длине волны 317,5 нм, октябрь 2015 г., сценарий стратосферной авиации, зенитный угол солнца -80°, дельта-метод Эддингтона.

66. Рис. 2.2.15. ФРВ спектральной плотности актинического потока на длине волны 317,5 нм, октябрь 2015 г., сценарий стратосферной авиации, зенитный угол солнца -80°, метод последовательных порядков рас-еяния.