Пространственно-временная структура озонового слоя Земли по данным микроволновой радиометрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, доктор физико-математических наук Куликов, Юрий Юрьевич

• Куликов, Юрий Юрьевич
• доктор физико-математических наук
• 2001

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Куликов, Юрий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ НАЗЕМНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ МАЛЫХ ГАЗОВЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН

1.1 Расчет интенсивности и формы спектральных линий примесных газов в земной атмосфере |

ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ЛИНИЙ ВРАЩАТЕЛЬНОГО СПЕКТРА МАЛЫХ ГАЗОВЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

2.1. Основные принципы построения спектрорадиометров миллиметрового диапазона длин волн для исследования атмосферных примесных газов

2.2. Описание спектрометров миллиметрового диапазона длин волн для исследования стратосферного озона

2.2.1. Анализатор спектра для исследования в окне прозрачности атмосферы с центром на волне ~ 1.3 мм

2.2.2. Гетеродинные спектрометры диапазона частот 110 - 150 ГГц и

-110 ГГц

2.2.3. Двухлучевой гетеродинный спектрометр с компенсационным приемником диапазона частот 80 -120 ГГц

2.3. Методика спектральных наблюдений атмосферных газовых составляющих

2.3.1. Измерение оптической толщины по методу Бугера

2.3.2. Методика измерения оптической толщины по собственному излучению атмосферы (метод «разрезов»)

2.3.3. Измерение яр костной температуры небосвода в линии озона методом абсолютной калибровки ^ ]

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ВЕРХНЕЙ

АТМОСФЕРЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СПЕКТРАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

3.1. Критерии в оценке интегрального содержания озона в стратосфере Земли

3.2. Восстановление высотного профиля плотности озона по результатам спектральных наблюдений

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОВОЛНОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СОДЕРЖАНИЯ ОЗОНА В СТРАТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ УМЕРЕННЫХ ШИРОТ. МАЛОМАСШТАБНАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ОЗОНОВОГО СЛОЯ

4.1. Обнаружение переменности линий озона на высотах более 20 км над горами Заилийского Алатау

4.2. Исследование вариаций стратосферного озона с разной временной продолжительностью над Нижним Новгородом

4.3. Поверка (валидация) измерений вертикального распределения озона с борта космического аппарата CRISTA над Нижним Новгородом методом наземной микроволновой радиометрии

4.4. Обнаружение «озоновых облаков» с помощью двухлучевого микроволнового спектрометра

ГЛАВА 5. МИКРОВОЛНОВАЯ ДИАГНОСТИКА СТРАТОСФЕРНОГО ОЗОНА В ПОЛЯРНЫХ ШИРОТАХ

5.1. Микроволновые наблюдения вариаций стратосферного озона разного временного масштаба над Кольским полуостровом

5.2. Сопоставление данных микроволновых измерений с данными других методов, полученных во время комплексного эксперимента по изучению озонового слоя на острове Хейса (Земля Франца-Иосифа)

5.3. Исследование связи между вариациями озона и температуры в стратосфере Арктики

5.4. Некоторые особенности поведения озона в Антарктиде по измерениям на мм-волнах в период возникновения озоновой «дыры»

5.5. Влияние солнечных протонных событий на полярный озон на высотах 30 - 50 км

ГЛАВА 6. ПОЛЯРНЫЙ ВИХРЬ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ НЕОДНОРОДНОСТИ В ОЗОНОВОМ СЛОЕ

6.1. Обнаружение пространственных неоднородностей в стратосферном озоне над Северной Скандинавией

6.2. Связь между состоянием циркумполярного вихря и пространственно-временными вариациями озона по данным синхронных наблюдений в умеренных и полярных широтах зимой 1999/

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственно-временная структура озонового слоя Земли по данным микроволновой радиометрии»

Интерес к исследованию малых газовых составляющих атмосферы, таких как озон 03, окислы азота (КО^^С^КПЬЮз), водородные соединения

Н20,Н202,Н0Х), соединения хлора С10х и другие обусловлен рядом причин. Это семейство газов, несмотря на их малое количество (0.1% от всей атмосферы), определяет физико-химические процессы на высотах от 20 до 100 км - это поглощение и излучение радиации, распределение температуры в стратосфере, динамику и циркуляцию средней атмосферы, и её загрязнение. Особое место среди них занимает озон.

Хорошо известно, что озон защищает биосферу Земли от ультрафиолетового излучения Солнца и даёт значительный вклад в парниковый эффект.

Поглощение солнечной радиации в атмосфере сравнительно невелико. Излучение Солнца поглощается, в основном, водяным паром, озоном (и кислородом) и в небольшой степени углекислым газом, аэрозолем и облаками. Водяной пар обладает слабыми полосами поглощения в видимом свете (при X = 543 - 847 нм) и в ближней инфракрасной области. Аэрозоль в среднем поглощает так же, как и водяной пар. Углекислый газ имеет пять полос поглощения в ближней инфракрасной области X -1.4 - 4.3 мкм, но настолько слабых, что ими при расчетах обычно пренебрегают. Озон имеет две сильные полосы поглощения в ультрафиолетовой области - полоса Хартли X =220 - 290 нм и полоса Хюггинса А,=310-360 нм, в которых в сумме поглощается около 4 % энергии солнечного излучения, а также слабую полосу Шаппюи в видимом свете с максимумом около 602 нм. Кислород поглощает ультрафиолетовое излучение в полосе X = 130 - 240 нм и имеет две узкие линии поглощения в видимом свете при X = 690 и 760 нм. Всей атмосферой поглощается около 20 % падающей на неё солнечной энергии. Примерно одна пятая часть поглощённой энергии приходится на озон.

Озон 03 является единственным газом атмосферы, который эффективно поглощает солнечное излучение в полосе ^=250 - 300 нм. Известно, что органические молекулы, такие как ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), могут разрушаться при поглощении излучения в этом спектральном интервале. Таким образом, понижение содержания 03 может привести к серьёзным биологическим последствиям. Поэтому вопрос о стабильности озонового слоя (высота максимума вертикального распределения 03 расположена примерно на высоте от 18 до 25 км в зависимости от широты) является центральным в исследованиях средней атмосферы. В последние 15-20 лет мы являемся свидетелями почти катастрофического уменьшения содержания озона весной над Антарктидой и более слабого проявления этого эффекта в Арктике. По этой проблеме высказываются разные предположения по поводу механизмов возникновения дефицита 03 (озоновые «дыры») над полярными регионами Земли. В результате имеется несколько подходов к объяснению этого феномена. Вариации озона могут быть как следствием антропогенной деятельности, приводящей к насыщению атмосферы атомами хлора и брома, так и возможных изменений циркуляции атмосферы. Кроме того, периодический рост солнечной активности и интенсивности космического излучения * может способствовать увеличению окислов азота и, следовательно, уменьшению 03 .

Озон образуется в верхней стратосфере в результате химических изменений, возникающих при поглощении ультрафиолетовой области спектра солнечного излучения. Преобладающая часть химических реакций протекает с участием кислорода, который присутствует в атмосфере главным образом в виде двухатомных молекул О2 ■ Химические превращения при поглощении электромагнитного излучения осуществляются лишь в том случае, когда их энергия достаточна для разрыва связи между атомами в молекуле. Атомы, освободившиеся в процессе фотодиссоциации, обладают большой химической активностью и являются активными центрами цепных реакций, приводящих к образованию новых частиц. В процессе фотодиссоциации молекул кислорода в атмосфере возникают две новые составляющие - атомарный кислород О и озон 03 .

02 +Ьу(\<240нм)-»0 + 0 (1)

0 + 02+М->03+М, (2) где М - любая другая молекула в атмосфере.

03+МХ<320нм)->02 + 0 (3)

О + 03 -> 202 (4)

Фотохимическая теория кислородного цикла (1-4) формирует озоновый слой с абсолютными концентрациями около 5x10й мол/см3 около поверхности Земли, с ростом высоты N03 увеличивается до ~ 4х1012мол/см3 на высоте 25 км и далее падает до 4x10й мол/см3 на 45 км. В относительном выражении концентрация 03 : ~ 0.5 частей на миллион по объёму (ppmv) на 15 км, растёт до ~ 8 ppmv на ~ 35 км и падает до ~ 3 ppmv на 45 км. Весь озоновый слой имеет массу З-Ю13 г, из которых 90% содержится в стратосфере.

Общее содержание озона (ОСО) в атмосфере, обозначаемое далее Q, в вертикальном столбе воздуха определяется толщиной того слоя, который образовал бы озон в этом столбе, если его привести к нормальным условиям: давление Р= 1013 мб, температура Т = 273.15 К. Толщина этого слоя составила бы величину около 3 мм. В качестве единицы измерения ОСО используется 1 Добсон (1 Д.Е.), которая соответствует толщине слоя озона 0.01 мм или в абсолютном выражении 2.7-1016 молекул 2 . По модели озоносферы для средних широт [1] Q « 345 Д.Е. СМ

Единица названа в честь Г.М.Б. Добсона, который проводил пионерские исследования озона между 1921-1960 гг. Добсон изготовил стандартный прибор, который используется до сих пор для измерения озона с поверхности Земли. Спектрофотометр Добсона измеряет интенсивность солнечной ультрафиолетовой радиации на четырёх волнах, одна пара, из которых находится внутри полосы поглощения озона, а другие две волны находятся вне полосы поглощения [2].

Сегодня озон измеряется многими способами - самолётами, баллонами, спутниками и во время полётов космического челнока «Шаттл», а всемирная добсоновская сеть приборов является единственным источником длинных рядов данных наблюдений ОСО. Например, станция Ароза в Швейцарии проводит измерения озона, начиная с 1926 года (см. http://www. 1 apcth.ct.hz.ciy doe/tоt.ozon.htm 1) [3]. Эта обсерватория имеет самый представительный ряд данных наблюдений ОСО в мире. По данным станции Ароза хорошо просматривается тенденция уменьшения ОСО, начиная с 70 гг. по настоящее время. Озоновый слой является наиболее тонким в тропиках (его максимум расположен на высоте 24-27 км) около 260 Д.Е. и его сезонные изменения там незначительны, а в полярных широтах слой озона толстый (высота максимума его расположена низко 13-18 км) и он имеет значительную сезонную изменчивость, см. например, таблицу:

Место расположения

ОСО, Д.Е. Январь Апрель Июль Октябрь

Уанкайо, Перу (12° ю.ш.) Аспендэйл, Австралия (38° ю.ш.) Ароза, Швейцария (47° с.ш.) Санкт-Петербург, Россия (60° с.ш.)

255 255 260 260

300 280 335 360

335 375 320 280

360 425 345 300

В таблице приведены среднемесячные величины ОСО. Межгодовое среднеквадратичное отклонение общего содержания 03 составляет ~ 5 Д.Е. для Уанкайо и ~ 25 Д.Е. для Санкт-Петербурга [4].

Согласно реакции (4) озон разрушается, если атом кислорода и молекула 03 подвергнутся рекомбинации. Эта реакция очень медленная и если это был бы единственный механизм потерь озона, то толщина озонового слоя была бы в два раза больше. Некоторые газовые примеси такие как окислы азота (N0 и И02), водорода

ОН и Н02) и хлора (СЮ и СЮ2) могут значительно ускорить рекомбинацию.

Количество озона в слое есть конкуренция между фотодиссоциацией и рекомбинацией. Таким образом, причиной уменьшения ОСО может быть рост концентрации катализаторов в атмосфере.

В 1970 г. П. Крутцен высказал мнение, что баланс озона в стратосфере зависит очень сильно от окислов азота 1ЯОх . Главным источником ИОх является реакция окисления закиси азота, которая образуется на поверхности Земли [5]. Закись азота 1^20 образуется благодаря деятельности микроорганизмов в почве и океане. Газ этот инертен и диффундирует вверх через тропосферу в стратосферу. В стратосфере он распадается при реакции:

5) параллельно которой идёт реакция к2О+О(1Б)->К2+О2

6)

Окись азота - сильный катализатор распада озона:

N0 + 03 Ж)2 + О Ж)2 + О N0 + 02

7)

8)

Кроме того, озон разрушается из-за хлорфторуглеводородов (ХФУ), эта идея была высказана в 1974 году Молиной и Роуландом [б]. С ХФУ ничего не происходит в низких слоях атмосферы. Они мигрируют в стратосферу и там разлагаются солнечным ультрафиолетом, и их радикалы вступают в химические реакции с другими веществами, выделяются радикалы хлора и брома, которые становятся катализаторами разрушения озона.

Атом хлора, образующийся в стратосфере, может реагировать с озоном, продуктом этой реакции является окись хлора:

С1 + 03->СЮ + 02 (9)

Окись хлора участвует в двух основных реакциях в стратосфере. Реакция с атомным кислородом разрушает нечётный кислород:

С10 + 0->С1 + 02 (10)

Окись хлора может реагировать с окисью азота:

C10 + N0->C1 + N02 (11)

Реакции (10,11) восстанавливают атом хлора, а реакции (9,10) представляют собой важный каталитический цикл разрушения нечётного кислорода. Следует отметить, что атом С1 является катализатором, т.е. он не расходуется в вышеприведённых реакциях. Каждый атом С1, попавший в стратосферу, может разрушить тысячи молекул озона, прежде чем он будет удалён из обращения.

Озоновая дыра в Антарктиде была открыта Британской антарктической службой с помощью спектрофотометра Добсона на станции Халли Бей в 1981-1983 гг. Английская экспедиция сообщила о значительном уменьшении полного содержания озона в октябре 1985 года [7]. Далее спутниковые измерения подтвердили, что весенние потери озона распространяются на весь антарктический континент. Исследования были продолжены Национальной озоновой экспедицией США на станции Мак-Мёрдо в 1986 и 1987 гг. Кроме того, HACA задействовало в этих исследованиях стратосферную авиацию, которая совершала полёты над Антарктикой в 1987 году. Данные измерений показывают, что над Антарктидой озон разрушается почти полностью между уровнями 12 и 25 км. Это происходит ближе к концу весны. Современное объяснение озоновой дыры основано на том, что антропогенные ХФУ попадают из Северного полушария в Южное полушарие и далее они распадаются в стратосфере на активные составляющие, которые затем разрушают озон. Радикалы ХФУ «примораживаются» к полярным стратосферным облакам (высоты от 15 до 30 км), которые образуются там из-за низкой температуры (ниже 200 К), а когда появляется Солнце, они отрываются от оттаявшего льда и уничтожают озон. Огромные размеры озоновой дыры над Антарктидой - следствие более слабой циркуляции здесь воздуха, то есть, нет обмена с воздухом низких широт по сравнению Северным полушарием. Антарктида приподнятый континент, имеющий среднюю высоту над уровнем моря 3-4 км. В результате возникает атмосферный фронт (циркумполярный вихрь), который препятствует интенсивному обмену воздушными массами. В конце весны атмосфера прогревается, фронт разрушается, и приток воздуха из средних и тропических широт Южного полушария восстанавливает содержание озона над Антарктидой до нормы.

Таблица, которая извлечена из работы [8], иллюстрирует сезонные и региональные тренды ОСО в процентах на декаду за период 1979-1990 гг. для обоих полушарий.

Широта Январь Апрель Июль Октябрь Место

65°с.ш. -3.0 -6.6 -3.8 -5.6 Исландия

55°с.ш. -4.6 -6.7 -3.1 -4.4 Москва, Россия

45°с.ш. -7.0 -6.8 -2.4 -3.1 Миннеаполис, США

35°с.ш. -7.3 -4.7 -1.9 -1.6 Токио

25°с.ш. -4.2 -2.9 -1.0 -0.8 Майами, США

5°с.ш. -0.1 +1.0 -0.1 +1.3 Сомали

5°ю.ш. +0.2 +1.0 -0.2 +1.3 Новая Гвинея

25°ю.ш. -2.1 -1.6 -1.6 -1.1 Претория

35°ю.ш. -3.6 -3.2 -4.5 -2.6 Буэнос-Айрес

45°ю.ш. -4.8 -4.2 -7.7 -4.4 Новая Зеландия

55°ю.ш. -6.1 -5.6 -9.8 -9.7 Терра дель Фуэго

65°ю.ш. -6.0 -8.6 -13.1 -19.5 П-ов Пальмер

Отметим, что по данным наблюдений ОСО на высокоширотной норвежской станции Тромсё (70°с.ш.) в период между 1939 и 1989 годом не найдены долговременные изменения в содержании 03 [9]. В целом же за период с 1991 по

1993 год тренды на понижение озона увеличились. Спутниковые и наземные измерения показали заметное понижение ОСО зимой-весной 1992-1993 гг. Здесь надо иметь в виду, что одной из возможных причин снижения содержания 03 были извержения вулканов Эль Чичон (El Chichon) в 1982 году и Пинатубо (Mt Pinatubo) в 1991 году, которые существенно изменили химический состав стратосферы [10]. Например, после извержения Эль Чичон 3-4 апреля 1982 года в стратосферу попало ~3.3х10б тонн двуокиси серы S02 [11].

В конце 60-х годов в практике измерения озона и других газовых примесей появились два перспективных метода - лазерная локация и пассивное микроволновое зондирование средней атмосферы. Как оказалось, оба метода могут взаимно дополнять друг друга (см., например, [12,13]). Наземные лазерные методы действуют в области высот 15-50 км, а микроволновые наблюдения дают информацию о вертикальном распределении 03 на высотах от 20 до 80 км. Метод микроволнового зондирования основан на наблюдениях резонансных линий молекул, имеющих вращательные спектры в диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых волн. Микроволновые измерения менее зависят от погодных условий и аэрозольной компоненты атмосферы в отличие от измерений в оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн. Микроволновые спектральные приборы могут круглосуточно регистрировать вариации стратосферного озона с высоким временным разрешением.

Сегодня мы являемся свидетелями заметных изменений в озоновом слое Земли. Для того чтобы иметь физическое понимание причин, вызвавших данное явление, необходимо продолжать накопление данных о состоянии озона на разных высотных уровнях. Особенно это касается полярных широт, где довольно значительны периоды времени (отсутствие или недостаточное количество солнечного света), когда нет информации от оптических и инфракрасных спутниковых или наземных приборов о содержании озона. Следует подчеркнуть, что область высот от 20 до 80 км является наименее исследованной с точки зрения озона и всего семейства малых газовых составляющих.

Первые микроволновые спектральные наблюдения примесных газов атмосферы были выполнены в конце 60-х и в начале 70-х годов [14-18]. Хорошо известно, что основными атмосферными газами, поглощающими радиоволны миллиметрового диапазона, являются водяной пар и молекулярный кислород. Расчёты показывают, что в «окнах» прозрачности, т.е. в интервалах частот между сильными линиями поглощения 02и Н20 , вращательные спектры почти всего семейства малых газовых составляющих (озон, окислы азота, окись углерода) имеют линии, интенсивность которых вполне достаточно для их обнаружения [19-22]. Было отмечено, что при благоприятных условиях (зима, высокогорье) полное вертикальное ослабление вблизи резонансных частот озона сравнимо с фоновым ослаблением, обусловленным водяным паром и кислородом, а в коротковолновой части миллиметрового диапазона превышает его. Эти выводы полностью подтвердились в экспериментах по обнаружению спектральных линий атмосферного озона в «окнах» прозрачности, имеющих центральные длины волн около 1.3 мм, 2.1 мм и 3.0 мм [18,23-25].

Результаты этих работ стали основой для постановки задачи исследования газового состава средней атмосферы с помощью средств микроволнового зондирования. Интерес к этому был вызван обнаружением больших вариаций интенсивности и формы спектральной линии, обусловленной озоном [26]. Возник вопрос по каким причинам имеет место, переменность спектра линии и каково, в самом деле, влияние озона на неё.

Для того чтобы подтвердить (или опровергнуть) значительную изменчивость озона верхней атмосферы, потребовалось выполнить длинные ряды непрерывных наблюдений в различных широтах (включая полярные), по возможности, независимо от погодных условий. Последнее обстоятельство потребовало оптимизировать рабочие частоты спектрорадиометров и методику измерений. Различные модификации микроволновой аппаратуры высокого спектрального разрешения были успешно применены в программах по исследованию озона в полярных широтах Арктики и Антарктики (1986-1995 гг.) [27-35], а также в международных программах CRISTA/MAHRSI [36-40] в 1994-1997 годах и SOLVE (программа по изучению причин уменьшения озона в Арктике) зимой 1999/2000 [41-44]. В ходе выполнения этих работ проведено сопоставление данных наблюдений микроволновыми озонометрическими комплексами как со стандартными приборами для измерения 03 наземными оптическими спектрофотометрами, баллонными озонозондами типа ЕСС и ракетными датчиками озона), так и с уникальным космическим прибором CRISTA. Также выполнены сопоставления микроволновых наблюдений с глобальной спутниковой системой слежения за озоновым слоем - прибор TOMS на разных космических аппаратах [38]. В этой связи наземные измерения содержания 03 в стратосфере являются хорошим дополнением спутниковых в поверочных (валидационных) экспериментах. Результаты сравнения продемонстрировали надёжность регистрации вариаций в озоновом слое методами микроволновой радиометрии. В вышеперечисленных циклах исследований стратосферного озона (выше 20 км) на миллиметровых волнах выявлена значительная изменчивость 03 в фотохимической области с разными временными масштабами. К одному из важных результатов следует отнести обнаружение быстропеременных (менее одного часа) вариаций содержания озона на высотах более 30 км [27]. Авторами работы [45] предложен динамический (волновой) подход к интерпретации «быстрых» вариаций озона.

Хотелось бы выделить ряд геофизических проблем, связанных с озоном, в решении которых метод микроволновой радиометрии может иметь важное, а может быть и определяющее значение.

Интересной задачей является исследование поведения озона на высотах от 20 до 60 км в периоды роста волновой активности атмосферы. Ярким проявлением этой активности могут служить процессы разрушения полярных вихрей, которые приводят к нарушению характера барической системы в стратосфере и образованию крупномасштабных волн. Результатом таких возмущений обычно становятся внезапные стратосферные потепления. Внезапное потепление, наблюдаемое обычно в конце зимы, - это динамическое явление в стратосферной циркуляции, которое характеризуется повышением температуры стратосферы в высоких широтах на десятки градусов в течение нескольких дней. Неоднократно отмечалось, что во время подобных явлений наблюдаются вариации озона [46-50]. Здесь весьма важной является возможная роль стратосферных потеплений в насыщении озоном полярной атмосферы после зимы [51].

Проблема взаимосвязи полей температуры и озона в атмосфере Земли существует давно, учитывая, что основной нагрев стратосферы обусловлен поглощением молекулами озона ультрафиолетовой радиации Солнца. Метод микроволнового зондирования может быть с успехом использован в изучении корреляционных характеристик в изменениях температуры стратосферы и содержания озона [35].

• К одной из важных проблем физики атмосферы является оценка влияния солнечной активности на стратосферный и мезосферный озон [52]. На высотах более 25 км в области рождения озона, где процессы образования и разрушения имеют большее значение, чем процессы переноса, скорее можно обнаружить влияние изменения солнечной активности на концентрацию озона. В диссертации приводятся доводы в пользу использования метода микроволнового зондирования (метод хорошо действует на высотах от 20 до 60 км) на примере влияния энергичных протонов Солнца на озон верхней атмосферы в полярных и умеренных широтах [53].

Наконец в настоящее время одной из главных задач исследования природы изменчивости атмосферного озона является изучение пространственно-временных вариаций его содержания в средней атмосфере и тесно связанных с ними процессов (планетарные волны, внутренние гравитационные волны, заряженные частицы и т.п.). Очевидно, что основная роль в решении подобных задач принадлежит спутниковым средствам наблюдения, включая микроволновые, которые способны осуществлять оперативный мониторинг озонового слоя на огромных пространствах. Однако следует иметь в виду, что, несмотря на неоспоримые преимущества, они дают сглаженную в пространстве картину. Поэтому, исследование пространственных неоднородностей озонового слоя с разрешением, на порядок превышающее спутниковое, можно с успехом проводить с помощью наземной сети станций микроволнового зондирования. В диссертации уделяется большое внимание применению двухлучевых микроволновых озонометров для исследования маломасштабной структуры озонового слоя с иллюстрацией практических результатов (обнаружение «озоновых облаков») [54-56].

Решение задачи исследования озонового слоя с помощью средств микроволновой радиометрии потребовало разработки приёмной аппаратуры с высоким временным и пространственным разрешением и совершенствования методики спектральных измерений слабых линий атмосферных газов [54]. Кроме того, с целью количественной интерпретации результатов спектральных измерений были рассмотрены вопросы восстановления высотного профиля озона по его спектрам и предложена процедура оперативной оценки интегрального содержания 03 в стратосфере Земли [25, 57].

В данной работе акцент ставится на исследования с помощью микроволновой техники структуры озонового слоя, его изменчивости в различных широтах, среди которых особое место отведено полярным широтам. Одновременно делается сопоставление результатов микроволновых и других известных способов измерений, приводится анализ корреляционных связей вариаций озона с физическими характеристиками атмосферы.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Куликов, Юрий Юрьевич

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.

1. Разработана и создана мобильная спектральная аппаратура миллиметрового диапазона длин волн предназначенная для измерения вращательного спектра озона в стратосфере и мезосфере Земли. Озонометрический комплекс аппаратуры состоит из гетеродинного неохлаждаемого приемника (с фильтром зеркального канала на входе) и многоканального анализатора спектра с переменным частотным разрешением от 0.1 МГц до 15 МГц и полосой анализа около 150 МГц. Для получения качественных спектров атмосферных линий озона с таким разрешением была изготовлена система частотно-фазовой стабилизации частоты гетеродина - лампа обратной волны с долговременной относительной нестабильностью 10 во всём его диапазоне перестройки. Приведённые параметры аппаратуры позволяют регистрировать спектры линий 03 с временным разрешением 15 минут и иметь информацию о вертикальном распределении озона (ВРО) на высотах от 20 до 80 км.

2. Разработан и реализован в наблюдениях макет наземного двухлучевого микроволнового спектрометра для изучения маломасштабных неоднородностей в озоновом слое. Прибор позволяет проводить двухпозиционные измерения с разносом по горизонтали 100-400 км и может контролировать, например, очень важный фактор -это влияние фронтальной границы воздушных масс на состояние озонового слоя.

3. Развиты методические принципы наблюдений линий вращательного спектра атмосферного озона. Они включают в себя три метода - метод Бугера (с использованием внеатмосферных источников излучения), метод атмосферных «разрезов» и метод абсолютной калибровки интенсивности радиоизлучения атмосферы (с использованием собственного излучения атмосферы). Проведённое сравнение методов наблюдения радиолиний озона позволило существенно увеличить достоверность результатов спектральных измерений. С помощью расчётов и натурных экспериментов установлены оптимальные частоты для наземных наблюдений радиолиний стратосферного озона на фоне переменного тропосферного ослабления в водяном паре и кислороде.

4. Разработана и опробована методика оперативной оценки интегрального содержания озона в стратосфере по измеренным его спектрам при наблюдениях с поверхности Земли.

5. Составлены алгоритм и программа вычисления вертикального распределения озона (ВРО), используя метод вариации параметров аналитически заданной модели. Сделаны оценки погрешностей этого метода восстановления ВРО, проведено сравнение с другими методами.

6. Методом микроволновой радиометрии атмосферы, проведены серии экспериментов по исследованию озонового слоя на высотах более 20 км в различных климатических зонах - это умеренные широты (Н. Новгород 56°с.ш., Алма-Ата 43°с.ш.), Арктика (Апатиты 67°с.ш., Кируна 68°с.ш., остров Хейса 80°с.ш.) и Антарктика (станция Мирный 66°ю.ш.). Выполнено сопоставление данных микроволновых измерений содержания озона и его вертикального профиля с наземными и бортовыми приборами принятыми в практике озонометрии. Показано, что, используя уникальные возможности микроволнового и достоинства традиционных методов, следует рассматривать их как взаимодополняющие друг друга в исследовании озонового слоя.

7. В результате длительных измерений выявлена значительная изменчивость озона в средней и верхней стратосфере Земли. Оказалось, что вариации содержания озона на высотах более 20 км имеют разный временной масштаб - это сезонные в течение года, суточные, связанные с заходом и восходом Солнца. Впервые обнаружены «быстрые» (порядка одного часа) изменения плотности озона в фотохимической области (выше 30 км). Эти вариации, возможно, обусловлены внутренними гравитационными волнами.

8. Установлено в эксперименте, что динамические процессы (прохождение атмосферных фронтов, стратосферные потепления и т. д.) влияют на поведение озона особенно значительно в полярных широтах по сравнению с умеренными широтами. Воздействие динамического фактора распространяется на стратосферный озон в интервале высот от 20 до 50 км и, возможно, на мезосферный озон (высоты более 50 км).

9. Исследована взаимосвязь между изменениями плотности озона и температуры в интервале высот от 20 до 50 км. Показано, что в нижней части стратосферы, где на переменность озона влияют главным образом процессы переноса, корреляционная связь изменений плотности озона и температуры носит положительный характер. Впервые эта связь была исследована в средней и верхней стратосфере в условиях полярной ночи, которая оказалась также положительной, хотя не столь высокой (в освещенной Солнце верхней атмосфере по данным спутниковых измерений имеет место отрицательная корреляционная связь между измерениями плотности озона и температуры). Так, если для уровня 25 км коэффициент корреляции был равен + 0.67, то для 35 км он составил + 0.43, а для 45 км - + 0.21. Ещё большая степень корреляции между содержанием озона и температурой была зарегистрирована в период внезапного стратосферного потепления в феврале 1989 года. В нижней части зондируемой нами области высот ~ 25 км она достигла величины + 0.84.

10. С помощью уникального двухлучевого микроволнового озонометра, обладающего рекордным пространственным разрешением среди наземных и бортовых приборов обнаружены в средних широтах спорадически возникающие неоднородности в слое озона на высотах более 20 км. Эти неоднородности («озоновые облака») характеризуются существованием в течение нескольких часов значимых различий плотности озона (в 1.2 - 1.5 раза) для областей, разнесённых в направлении север-юг на расстояние около 100-300 км на высотах от 20 до 60 км.

11. Исполнена валидация методом наземной микроволновой радиометрии (Нижний Новгород) лимбовых измерений ВРО аппаратом CRISTA - инфракрасный криогенный спектрометр во время двух международных кампаний CRISTA/MAHRSI в ноябре 1994 года и в августе 1997 года. Получено удовлетворительное согласие в измеренных вертикальных профилей озона бортовым и наземным способом в интервале высот от 20 до 60 км. Наибольшее отличие вертикальных профилей озона на отдельных высотах менее 30%. Совместно обнаружены (сверху и снизу) маломасштабные неоднородности в озоновом слое на высотах более 40 км над Нижним Новгородом во время кампании CRISTA/MAHRSI.

12. Исследована связь между солнечной активностью и озоном. Во время протонных событий в полярных широтах зарегистрировано понижение плотности озона на высотах 30-50 км с разной временной продолжительностью. Наибольшее понижение 03 отмечено на высоте 50 км. В умеренных широтах не обнаружена, какая либо связь между протонными событиями и вариациями озона.

13. Одновременные микроволновые наблюдения в умеренных и полярных широтах показали, что характер пространственно-временных вариаций стратосферного озона, несмотря на большое расстояние между наблюдательными пунктами, определяется состоянием зимнего циркумполярного вихря.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Куликов, Юрий Юрьевич, 2001 год

1. Kruger A.J., R.A. Minzner, A mid-latitude ozone model for the 1976 US Standard Atmosphere, J. Geophys. Res., 81, No 24, 4477-4481, 1976.

2. Dobson G.M.B., Forty years research on atmospheric ozone at Oxford, Applied Optics, 7, 387, 1968.

3. Staehelin J., A. Renaud, J. Bader, R. McPeters, P. Viatte, B. Hoegger, V. Bugnion, M. Giroud, H. Schill, Total ozone series at Arosa (Switzerland): Homogenization and data comparison, J. Geophys. Res., 103, D5, 5827, 1998.

4. Rowland F.S., Stratospheric ozone depletion, Ann. Rev. Phys. Chem., 42, 731, 1991.

5. Crutzen, P. J., The influence of nitrogen oxides on atmospheric ozone content. Quart. J. Roy. Met. Soc., 96, No 408, 320, 1970.

6. Molina M.J., F.S. Rowland, Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: Chlorine atom-catalyzed destruction of ozone, Nature, 249, No. 5460, 810-812,1974.

7. Farman J.C., B.G. Gardiner, J.D. Shanklin, Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal C10x / NOx interaction, Nature, 315, 207-210, 1985.

8. Herman J.R., R. McPeters, D. Larko, Ozone depletion at northern and southern latitudes derived from January 1979 to December 1991 TOMS data, J. Geophys. Res., 98, 12783, 1993.

9. Larsen S.H., Henriksen Т., Persistent Arctic ozone layer, Nature, 343, 134, 1990.

10. Tie XueXi, Brasseur G., The response of stratospheric ozone to volcanic eruptions: sensitivity to atmospheric chlorine loading, Geophys. Res. Lett., 22, No. 22, 3035-3038, 1995.

11. Krueger A.J., Sighting of El Chichon sulfur dioxide clouds with the Nimbus 7 Total Ozone Mapping Spectrometer, Science, 220, 1377-1379, 1983.

12. Parrish A., Connor B.J., Tsou J.J., McDermid I.S., Chu W.P., Ground-based microwave monitoring of stratospheric ozone, J. Geophys. Res., 97, 2541, 1992.

13. McDermid I.S., 4-year climatology of stratospheric ozone from lidar measurements at Table Mountain, 34.4° N, J. Geophys. Res., 98, 10509, 1993.

14. Caton W.M., W.J. Welch, S. Silver, Absorption and emission in the 8 millimeter region by ozone in the upper atmosphere, J. Geophys. Res., 72, No 24, 6137-6148, 1967.

15. Caton W.M., G. G. Mannella, P.M. Kalaghan, A.E. Barrington, H.J. Ewen, Radio measurements of the atmospheric ozone transition at 101.7 GHz, Astrophys. J. 151, No 3,Pt 2, 153-156, 1968.

16. Воронов B.H., А.Г. Кисляков, Э.П. Кукина, А.И. Наумов, О содержании СО и N20 в земной атмосфере по наблюдениям их линий вращательного спектра, Изв.

17. АН СССР, сер. «Физика атмосферы и океана», 8, № 1, 29-36, 1972.

18. Shimabukuro F.I., W.J. Wilson, Observations of atmospheric ozone at 110.836 GHz, J. Geophys. Res., 78, No 27, 6136-6139, 1973.

19. Куликов Ю.Ю., Е.Ф. Ризов, Л.И. Федосеев, А.А. Швецов, И.В. Кузнецов, Э.П. Кукина, Измерение оптической толщи атмосферы Земли в линиях СО и 03 (X = 1.3- 1.4 мм), Изв. АН СССР, сер. «Физика атмосферы и океана», 11, № 10, 1071-1075, 1975.

20. Кисляков А.Г., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Поглощение микрорадиоволн примесными газами атмосферы, Труды ИПФ АН СССР. Сборник «Спектральные исследования космического и атмосферного излучения», 84-123, Горький, 1979.

21. Nov. 28 Dec. 3, Moscow. Edit. The University of Wales //Institute of Science and Technology, N1 -Nil, 1977.

22. Буров А.Б., A.A. Красильников, Ю.Ю. Куликов, ВТ. Рыскин, Наземные измерения вращательного перехода озона 2ол 2ц, 2 Всесоюзный симпозиум по миллиметровым и субмиллиметровым волнам, Тезисы докладов, 163, Харьков, 1978.

23. Буров А.Б., В.Н. Воронов, A.A. Красильников, Ю.Ю. Куликов, В.Г. Рыскин, Дистанционное определение общего содержания озона в стратосфере Земли по измерениям на миллиметровых волнах, Изв. АН СССР, сер. «Физика атмосферы и океана», 17, № 7, 775-777, 1981.

24. Борисов О.Н., В.М. Дёмкин, Ю.Ю. Куликов, В.Г. Рыскин, В Н. Шанин, В.М. Юрков, Вариации стратосферного озона в полярных широтах, Изв. АН СССР, сер. «Физика атмосферы и океана», 25, № 10, 1033-1039, 1989.

25. Андриянов А.Ф., С.Ю. Дрягин, И.В. Кузнецов, Л.М. Кукин, П.Л. Никифоров, Предварительные результаты наблюдений стратосферного озона на мм волнах в Антарктиде, Препринт № 295. Н. Новгород: ИПФ РАН, 1991.

26. Kulikov Y.Y., I.V. Kuznetsov, V.P. Pegeev, V.G. Ryskin, A. Steen, E.V. Suvorov, G. Witt, Microwave observations of stratospheric ozone in Kiruna, Геомагнетизм и аэрономия, 34, № 5, 117-119, 1994.

27. Kulikov Y.Y., Ryskin V.G., Relation between ozone and temperature in the Arctic stratosphere, International Journal of Geomagnetism and Aeronomy, 1, No. 3, 253-257, 1999.

28. Kulikov Yu.Yu., Erukhimova T.L., Fedoseev L.I., Krasil'nikov A.A., Suvorov E.V., Microwave sounding of stratospheric ozone in Nizhny Novgorod, CRISTA/MAHRSI-Campaign Handbook, 68-69, 1994.

29. Kulikov Y.Y., Fedoseev L.I., Krasilnikov A.A., Ryskin V.G., Ground-based microwave sounding of ozone at altitude above 20 km in Nizhny Novgorod, CRISTA/MAHRSI -Campaign 2, Handbook, 70-72, 1997.

30. Красильников A.A., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Федосеев Л.И., Микроволновое радиометрическое зондирование верхней атмосферы над Нижним Новгородом, Изв. ВУЗов «Радиофизика», 41, № 11, 1405-1423, 1998.

31. Erukhimova T.L., V. Yu. Trakhtengerts, A mechanism of atmospheric ozone disturbance by internal gravity wave in stratified shear flow, J. Atmos. Terr. Phys., 57, No 2, 135139, 1995.

32. Ракипова Л.Р., JI.K. Ефимова, Динамика верхних слоев атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 256 е., 1975.

33. Перов С.П., А.Х. Хргиан, Современные проблемы атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 288 е., 1980.

34. Брасье Г., С. Соломон, Аэрономия средней атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 414 е., 1987.

35. Тарасенко ДА., Структура и циркуляция стратосферы и мезосферы северного полушария. Л.: Гидрометеоиздат, 288 е., 1988.

36. Hilsenrath E., Rocket observations of the vertical distribution of ozone in the polar night and during a mid-winter stratospheric warming, Geophys. Res. Lett., 7, No. 8, 581-584, 1980.

37. Krasilnikov A.A., Kulikov Y.Y., Ryskin V.G., Stratospheric warming and ozone in the polar latitudes, XXI ежегодный Апатитский семинар «Физика авроральных явлений», 24-27 марта 1998 г. Тезисы докладов, 70-71, Апатиты, 1998.

38. Герман Дж.Р., Р.А. Гольдберг, Солнце, погода и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 319 с., 1981.

39. Красильников А.А., Куликов Ю.Ю., Мазур А.Б., Рыскин В.Г., Серов Н В., Федосеев Л.И., Швецов А.А., Обнаружение «озоновых облаков» в верхней стратосфере Земли методом миллиметровой радиометрии, Геомагнетизм и аэрономия, 37, № 3, 174-183, 1997.

40. Воронов В Н., Дёмкин В.М., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Юрков В.М, Анализатор спектра миллиметрового диапазона волн и результаты исследования озона верхней атмосферы, Изв. ВУЗов Радиофизика, 29, № 12, 1403-1413, 1986.

41. Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия. М.: ИЛ, 756 е., 1959.

42. Ельяшевич М.А., Атомная и молекулярная спектроскопия. VI.: Физматгиз, 1962.

43. Lorentz Н.А., The theory of electrons and its application to phenomena of light and radiant heat. Leipzig, 1916.

44. Van Vleck J.H., Weisskopf W., On the shape of collision broadened lines, Rev. Mod. Phys., 17, 227, 1945.

45. Gross E.P., Shape of collision-broadened spectral lines, Phys. Rev., v. 97, 395-403, 1955.

46. Жевакин С.А., Наумов А.П., О коэффициенте поглощения электромагнитных волн водяными парами в диапазоне 10 \х + 2 см, Изв. вузов. Радиофизика, 6, № 4, 674694, 1963.

47. Gamache R.R., Davies R.W., Theoretical N2-, О2-, and air-broadened halfwidths of 16 O3 calculated by quantum Fourier transform theory with realistic collision dynamics, J. Mol. Spectroscopy, 109, 283-299, 1985.

48. Hartmann J.M., Camy-Peyret C., Flaud J.M., Bonamy J., Robert D., New accurate calculations of ozone line-broadening by O2 and N2,, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, v. 40, No. 4, 489-495, 1988.

49. Colmont J.M., Monnanteuil N., Measurements of N2-, O2-, and air-broadened linewidths of ozone in millimeter region: temperature dependence of the linewidths, J. Mol. Spectroscopy, 104, 122-128, 1984.

50. Finn G. D., Muggletone D., Tables of the broadening function H(a, v), Month. Not. Roy. Astronom. Soc., 192, 221, 1965.

51. Meerts W.L., Stolte S., Dymanus A. Chem. Phys., v. 19, 467, 1977.

52. Barbe A., Secroun C., JouveP. J. Mol. Spectroscopy, v. 49, 171, 1974.

53. Hughes R.H. Phys. Rev., v. 85, 717, 1952.

54. Trambarulo R„ Ghosh S.N., Burrus C.A., Gordy W., J. Chem. Phys., v. 21, 851, 1953.

55. GoraE.K., The rotational spectrum of ozone, J. Mol. Spectr., 3, No. 1, 78-99, 1959.

56. Lichtenstein M.L., Gallagher J.J., Clough S.A., Millimeter wave spectrum of ozone, J. Mol. Spectr., 40, No. 1, 10-26, 1970.

57. Depannemaecker M.J.C., Duterage В., Bellet M.J., Systematic calculation of rotationalspectra of normal and substituted (180 in place of 16О) ozone molecules, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer., 17, No. 4, 519-530, 1977.

58. Баскаков О.И., Москиенко М.В., Дюбко С.Ф., Вращательный спектр озона в основном и наинизшем возбуждённом колебательном состоянии. В кн.: Спектральные исследования космического и атмосферного излучения, 124-149, Горький, 1979.

59. Depannemaecker M.J.C., Bellet M.J., Rotational spectra of 1603 and the five 180isotopic species, J. of Mol. Spectrosc., v. 66, 106, 1977.

60. Schwendeman R.H., Laurie V.W., Tables of line strengths for rotational transitions of asymmetric rotor molecules, London-New York-Paris-Los Angeles, Pergamon Press, 1956.

61. Глаголев Ю.А., Справочник по физическим параметрам атмосферы. Л., «Гидрометеоиздат», 1970.

62. Бритаев А.С., Жаворонков Б.Г., Кравченко И.М., Ратьков В.М., О средних и экстремальных концентрациях озона в атмосфере. Труды ЦАО, вып. 83. 1968.

63. Krueger A.J., Rocket measurement of ozone over Hawaii, Annal. Geophys., 25, No. 1, 225-229, 1969.

64. Walshaw C.D., Line widths in the 9.6 band of ozone. Proc. Phys. Soc. London, Sect. A, v. 68, 530, 1955.

65. Waters J.W., Absorption and emission by atmospheric gases. Methods ol experimental physics, v. 12, part 2, 142-176, 1976.

66. Krueger A.J., The mean ozone distribution from several series of rocket soundings to 52 km at latitudes from 58°S to 64°N, Pure Appl. Geophys., 106-108, 1272-1280, 1973.

67. Дистанционное зондирование атмосферы Земли с помощью радиометров миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Отчёт по НИР «Зонд» № гос. регистрации 80074159, Инв. № 0284 0064022, Горький, 1983.

68. Ulich, B.L. Improved correction for millimeter-wavelength atmospheric attenuation. Astrophysical Letters, 21, 21, 1980.

69. Кузнецов И.В., Куликов Ю.Ю., Мальцев В.А, Штанюк A.M. Обнаружение вариаций влагосодержания в ясной атмосфере над хребтом Копетдаг // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана , 24. № 2. 218, 1989.

70. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. О прозрачности полярной атмосферы для миллиметровой радиоастрономии, Изв. вузов. Радиофизика, 40, № 12, 1479, 1997.

71. Liebe H.J., Molecular transfer characteristics of air between 40 and 140 GHz, IEEE Trans., MTT-23, 380, 1975.

72. Liebe H.J., Gimmestad G.G., Hopponen J.D., Atmospheric oxygen microwave spectrumexperiment versus theory, IEEE Trans., AP-25, 327, 1977.

73. Krauss J.D., Radio Astronomy, McGraw-Hill, New York, 1966.

74. Есепкина H.A., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н., Радиотелескопы и радиометры, «Наука», Москва, 1973.

75. Федосеев Л.И., Куликов Ю.Ю., Об использовании интерферометра Маха-Цендера в супергетеродинных радиометрах со сверхвысокой промежуточной частотой, Совещание по исследованиям в области субмм и мм диапазона волн. Тезисы докладов, 12-19, Москва, 1970.

76. Федосеев Л.И., Куликов Ю.Ю., Супергетеродинные радиометры миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн, Радиотехника и электроника, 16, № 4, 554560, 1971.

77. Ефанов В.А., Куликов Ю.Ю., Моисеев И.Г., Федосеев Л.И., Наблюдения солнечных активных областей на волнах 1.35, 1.76 и 8 мм. Изв. Крымской астрофизической обсерватории, 48, 93-97, 1973.

78. Куликов Ю.Ю., Федосеев Л.И., Швецов A.A., Амирханян В.Р., Супергетеродинный анализатор спектра диапазона волн 1.1 -1.7 мм, Изв. вузов. Радиофизика, 16, № 9, 1442-1443, 1973.

79. Куликов Ю.Ю., Швецов A.A., Радиотелескоп для спектральных исследований в диапазоне волн 1.1 1.7 мм, Астрономический журнал, 52, № 1, 199-201, 1975.

80. Куликов Ю.Ю., Швецов A.A., Многоканальный анализатор спектра диапазона 1.11.7 мм, VIII Всесоюзная конференция по радиоастрономии. Тезисы докладов, 123124, Пущино, 1975.

81. Кузнецов ИВ., Куликов Ю.Ю., Ризов Е.Ф., Федосеев Л.И., Швецов A.A., Измерения оптической толщины атмосферы Земли во вращательных линиях озона (А,= 1.23 1.4 мм), Астрономический циркуляр № 891, 30 сентября, 1975.

82. Буров А.Б., Воронов В.Н., Красильников A.A., Рыскин В.Г., 20-ти канальный анализатор спектра диапазона 75 100 ГГц, II Всесоюзная радиоастрономическая конференция по аппаратуре, антеннам и методам. Тезисы докладов, 60-61, Ереван, 1978.

83. Буров А.Б., Кисляков А.Г., Красильников A.A., Козлов М.С., Наумов А.И., Рыскин В.Г., Двадцатиканальный спектрометр диапазона волн 1.7 2.6 мм, Изв. вузов. Радиофизика, 16, № 5, 695-697,1973.

84. Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Лубяко Л.В., К вопросу о подавлении шумов гетеродина в супергетеродинных приёмниках с высокой промежуточной частотой, Радиотехника и электроника, 19, № 8, 1779-1780, 1974.

85. Куликов Ю.Ю., Пегеев В.П., Рыскин В.Г., Озонометр двухмиллиметрового диапазона длин волн, Шестая Всероссийская научно-техническая конференция «Радиоприём и обработка сигналов». Тезисы докладов, 62-63, Н. Новгород, 1993.

86. Красильников A.A., Компенсационный спектрорадиометр 3 мм диапазона длин волн. Изв. вузов. Радиофизика, 38, № 6, 608-614, 1995.

87. Кисляков А.Г., Об определении поглощения радиоволн в атмосфере по ее собственному излучению, Радиотехника и электроника, 13, № 7, 1161-1168, 1968.

88. Кисляков А.Г., Эффективная длина пути и средняя температура атмосферы, Изв. ВУЗов. Радиофизика, 9, jY» 3, 451-461, 1966.

89. Кисляков А.Г., Зинченко И.И., Оптимальные условия для наблюдения теллурических линий и влияние рефракции на их форму, Изв. АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, 10, № 12, 1275-1281, 1974.

90. Barnett J.J., Corney М. Middle atmosphere reference model derived from satellite data, Handbook for MAP. V. 16, 47-85, 1985.

91. Измерение содержания озона в верхней атмосфере Арктики методом микроволновой радиометрии. Отчёт по КИР «Дыра», Горький, 1989.

92. Разработка методов СВЧ-контроля газового состава атмосферы. Отчёт по НИР «Контроль», № Гос. регистрации 01890081415, Инв. № 02910 014507, Нижний Новгород 1990.

93. Randegger А.К., On the determination of the atmospheric ozone profile for ground-based microwave measurement, Pure and Appl. Geophys., 118, 1052-1065, 1980.

94. Моченёва О.С., Ерухимова Т.Л., Суворов Е.В., О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений, Изв. вузов, Радиофизика, 38, №8, 751-770, 1995.

95. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979.

96. Тихонов А.Н., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г. Регуляризующие алгоритмы и априорная информация. М.: Наука, 1983.

97. Shimabukuro F.I., Smith P.L., Wilson W.J., Estimation of the ozone distribution from millimeter wavelength absorption measurements, J. Geophys. Res., 80, No. 21, 29572959, 1975.

98. Rodgers C.D., Retrieval of atmospheric temperature and composition from remote measurements of thermal radiation, Reviews of Geophysics and Space Physics, V. 14. No. 4, 609-624, 1976.

99. Langer J., Barry В., Klein U., Sinnhuber B.-M., Wohltmann I., Kunzi K.F., Chemical ozone depletion during Arctic winter 1997/98 derived from ground based millimeter-wave observations, Geophys. Res. Lett. V. 26, No. 5, 599-602, 1999.

100. Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В., Определение вертикального профиля атмосферного озона по наземным измерениям излучения в миллиметровом диапазоне, Изв. АН. Физика атмосферы и океана, 35, № 1, 86-95, 1999.

101. Собельман И.И., Соломонов С.В., Сороченко Р.Л., Миллиметровые волны: новые возможности мониторинга озоносферы, Вестн. РАН, 63, № 8, 721-729, 1993.

102. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Пономаренко Н.И., Розанов С.Б., О вариациях атмосферного озона на миллиметровых волнах, Изв. АН. Физика атмосферы и океана, 29, № 8, 525-531, 1993.

103. Дёмкин В.М., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Юрков В.М., Наблюдения атмосферного озона на миллиметровых волнах, Труды VI Всесоюзного симпозиума по атмосферному озону, 56-59, Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

104. Fedoseev L.I., Krasilnikov А.А., Kulikov Yu.Yu., Ground-based millimeter wave monitoring of stratospheric ozone at altitudes above 20 km, Conf. Digest Eighteen Intern. Conf. on Infrared and Millimeter Waves. SPIE Proc., V. 2104, 617-618, 1992.

105. Kulikov Y.Y., Fedoseev L.I., Krasilnikov А.А., Ryskin V.G., Shanin V.N., Microwave monitoring of ozone over Nizhny Novgorod, Геомагнетизм и аэрономия, 34, № 5, 117-119, 1994.

106. Penfield H., Litvak M.M., Gottlieb С.A., Lilley A.E., Mesospheric ozone measured from ground-level millimeter wave observations, J. Geophys. Res., 81, No. 34, 61156120, 1976.

107. Кисляков А.Г., Савельев Д.В., Шкелёв Е.И., Результаты наблюдений линий 03 на частотах 96 и 101 ГГц за период 1996-1997 гг., Атмосферный озон. Труды конференции молодых учёных, 49-52, Москва, 1997.

108. Hilsenrath Е., Ozone measurements in the mesosphere and stratosphere during two significant geophysical events, J. Atmos. Sci:, 28, 295-297, 1971.

109. Lean J.L., Observations of the diurnal variation of atmospheric ozone, J. Geophys. Res., 87, No. C7, 4973-4980, 1982.

110. Shimabukuro F.I., Smith P.L., Wilson W.J., Estimation of the daytime and nighttime distribution of atmospheric ozone from ground-based millimeter wavelength measurements, J. Appl. Meteorol., 16, 929-934, 1977.

111. Wilson W.J., P.R. Schwartz, Diurnal variations of mesospheric ozone using millimeter-wave measurements, J. Geophys. Res., 86, No. C8, 7385-7388, 1981.

112. Zommerfelds W.G., Kiinzi K.F., Summers M.E., Bevilacqua R.M., Strobel D.F., Allen M., Sawchuk W.J., Diurnal variations of mesospheric ozone obtained by ground-based microwave radiometry, J. Geophys. Res., 94, No. D10, 12819-12832, 1989.

113. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Результаты измерений оптической толщины атмосферы в линиях вращательного спектра озона, Радиотехника, № 7, 92-93, 1986.

114. Pallister R.C., Tuck A.F., The diurnal variation of ozone in the upper stratosphere as a test of photochemical theory, Q. J. R. Meteorol. Soc., 109, 271-284, 1983.

115. Natarajan M., Callis L.B., Boughner R.E., Russel J.M., Lambeth J.D., Stratospheric photochemical studies using Nimbus 7 data. I. Ozone photochemistry, J. Geophys. Res., 91, 1153-1166, 1986.

116. Дёмкин B.M., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г, Юрков В.М., Наблюдения суточных вариаций излучения стратосферного озона на миллиметровых волнах, Изв. вузов «Радиофизика», 32, № 5, 542-644, 1989.

117. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Суточные вариации излучения стратосферного и мезосферного озона на миллиметровых волнах, Атмосферный озон. Труды Всесоюзной конференции по атмосферному озону. Суздаль, октябрь 1988, 61-64, М.: «Гидрометеоиздат», 1990.

118. Ricaud P., Brillet J., de La Noe J., Parisot J.P., Diurnal and seasonal variations of stratospheric ozone: analysis of ground-based microwave measurements in Bordeaux, France, J. Geophys. Res., 96, No. D10, 18617-18629, 1991.

119. Connor B.J., Siskind D.E., Tsou J.J., Parrish A., Remsberg E.E., Ground-based microwave observations of ozone in the upper stratosphere and mesosphere, J. Geophys. Res., 99, No. D9, 16757-16770, 1994.

120. Herman J.R., The response of stratospheric constituents to a solar eclipse, sunrise and sunset, J. Geophys. Res., 84, 3701-3710, 1979.

121. Lobsiger E., Kunzi K.F., Dutsch H.U., Comparison of stratospheric ozone profiles retrieved from microwave-radiometer and Dobson-spestrometer, J. Atmos. Terr. Phvs., 46, No. 9, 799, 1984.

122. Riese M., Preusse P., Spang R., Eru M., Jarish M., Grossmann K.U., Offermann D., Measurements of trace gases by the Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere (CRISTA) experiment, Adv. Space Res., 19, 563-566, 1997.

123. Offermann D., Grossmann K.U., Barthol P., Knielimg M., Riese M., Tränt К , The Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere (CRISTA) experiment and middle atmosphere variability, J. Geophys. Res., 104, 16311-16325, 1999.

124. Keating G.M., Pitts M.C., Young D.F., Ozone reference models for the middle atmosphere (New CIRA), Handbook for MAP, 31, 1-36, 1989.

125. Solomon S., Progress towards a quantitative understanding of Antarctic ozone depletion, Nature, V. 347, 347, 1990.

126. Schoeberl M.R., Douglass A.R., Kawa S.R., et al., Development of the Antarctic ozone hole, J. Geophys. Res., V. 101, 20909, 1996.

127. Müller R., Crutzen P.L., Groos J-U., Brühl С., Russell III J.M., Gernandt H„ McKenna D.S., Tuck A.F., Severe chemical ozone loss in the Arctic during the winter of 1995-96, Nature, V. 389. 709-712, 1997.

128. Kulikov Yu.Yu., Microwave diagnostic of ozone layer at the polar latitude, MSMW'2001 Symposium Proceedings. Kharkov, Ukraine, June 4-9, 2001, V. 1, 52-56, Kharkov, 2001.

129. Connor B.J., Barrett J.W., Parrish A., Solomon P.M., De Zafra R.L., Jaramillo M., Ozone over McMurdo station, Antarctica, Austral spring 1986: altitude profiles for the middle and upper stratosphere, J. Geophys. Res., 92, No Dl 1, 13221-13230, 1987.

130. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Суточные вариации стратосферного и мезосферного озона на миллиметровых волнах, Атмосферный озон. Труды Всесоюзной конференции по атмосферному озону, Суздаль, октябрь 1988, 61-64, 1990.

131. Banks P.M., Chappell C.R., Nagy A.F., A new model for the interaction of auroral electrons with the atmosphere: spectral degradation, backscatter, optical emission, and ionization, J. Geophys. Res., 79, 1459-1470, 1974.

132. Sheldon W.R., Benbrook J.L., Aimedieu P., Ozone variation in the upper atmosphere at sunrise, XXI General Assembly IUGG. Abstracts. Boulder. Colorado, July 2-14, P. A284, 1995.

133. Hofmann D.J., Oltmans S.J., Harris J.M., Johnson В.J., Lathrop J.A., Ten years of ozonesonde measurements at the South Pole: Implications to recovery of springtime Antarctic ozone loss, J. Geophys. Res., in press, 1997.

134. Dobson G.M.B., Harrison D.N., Lawrence J., Observations of the amount of ozone in the earth's atmosphere and its relation to other geophysical conditions, Proc. R. Soc. London, A114, 521, 1927.

135. Dobson G.M.B., Harrison D.N., Lawrence J., Ozone and geomagnetic activity, Proc. R. Soc. London, A122, 1929.

136. Бекорюков В.И., Никитина Н.Е., Стародубцев А.В., Связь общего содержания озона с геомагнитной возмущённостью, Труды ЦАО, вып. 123, 125-131, 1976.

137. Hofmann D.J., Deshler T.L., Aimedieu P., Matthews W.A., Johnston P.V., Kondo Y., Sheldon W.R., Byrne G.J., Benbrook J.R., Stratospheric clouds and ozone depletion in the Arctic during January 1989, Nature, 340, 117-121, 1989.

138. Proffit M.H., Margitan J.J., Kelly K.K., Loewenstein M., Podolske J.R., Chan K.R., Ozone loss in the Arctic polar vortex inferred from high-altitude aircraft measurements, Nature, 347, 31-36, 1990.

139. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Стратосферный озон над полярными широтами Арктики, IV Всесоюзная школа по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере, 3-10 сентября 1991 г. Тезисы докладов, 146147, Нижний Новгород, 1991.

140. Куликов Ю.Ю., Лубяко Л.В., Моченёва О.С., Рыскин В.Г., Швецов А.А., Юрков В.М., Исследование стратосферного озона Арктики с помощью наземного микроволнового спектроанализатора, Сб. Исследование атмосферного озона (0зон-90), М.: Гидрометеоиздат, 1992.

141. Бугаева И.В., Тарасенко Д.А., Бутко А.И., Стратосферные потепления и особенности зимних процессов 1987/88 и 1988/89 гг.,''Метеорология и гидрология, № 7, 28-35, 1990.

142. Rosen J.M., Kjome N.T., Khattatov V.U., Rudakov V.V., Yushkov V.A., Observations of ozone and polar stratospheric clouds at Heiss Island during winter 1988-1989, J. Geophys. Res., 97, No. D8, 8099-8104, 1992.

143. Рудаков В.В., Хаттатов В.У., Юшков В.А., Розен Д.М., Исследование озонного слоя и полярных стратосферных облаков в Арктике в зимне-весенний период 1989 г., Метеорология и гидрология, № 5, 107-109, 1990.

144. Комплексный эксперимент по изучению структуры и динамики озонового слоя в полярных широтах Северного полушария, Отчёт по результатам экспедиции. ЦАО, Долгопрудный, 1989.

145. Брезгин Н.И., Ларин Е.М., Штырков О.В., Оптический озонометр для метеорологических ракет Ml 10В, Труды ЦАО, Т. 169, 55-60, 1989.

146. Дорохов В.М., Наблюдения ОСО в Арктике (о. Хейса) зимой 1989 г., Оптика атмосферы, Т. 3, 132-136, 1990.

147. Aimidieu P., Krueger A.J., Robbins D.E., Simon P C., Ozone profile intercomparison based on simultaneous observations between 20 -40 km, Planet. Space Sci., 31, No. 7, 801-807, 1983.

148. Cheng D., de Zafra R.L., Trimble C, Millimeter wave spectroscopic measurements over the South Pole/ 2. An 11-month cycle of stratospheric ozone observations during 19921994, J. Geophys. Res., 101, No D3, 6781-6793, 1996.

149. Randel W.J., Global variations of zonal mean ozone during stratospheric warming events, J. Atmos. Sci., 50, No. 19, 3308-3321, 1993.

150. Finger F.G., Nagatani R.M., Gelman M.E., Long C.S., Miller A.J., Consistency between variations of ozone and temperature in the stratosphere, Geophys. Res. Lett., 22, No. 24, 3477-3480, 1995.

151. Kulikov Y.Y., Ryskin V.G., Ozone temperature interaction in the polar upper atmosphere, Физика авроральных явлений. XX ежегодный Апатитский семинар, 25-28 февраля 1997 г. Тезисы докладов, 43, Апатиты, 1997.

152. Neuber R., Kruger B.C., The stratospheric ozone layer above Spitsbergen in winter 1989, Geophys. Res Lett., 17, 321-324, 1990.

153. Rabbe A., Larsen S.H., Ozone variations in the Northern Hemisphere due to dynamic processes in the atmosphere, J. Atmos. Terr. Phys., 54, No. 9, 1107-1112, 1992.

154. Crutzen P.J., Isaksen I.S.A., Reid G.C., Solar proton events: stratospheric sources of nitric oxide, Science, 189, 457-458, 1975.

155. Heath D.F., Krueger A.J., Crutzen P.J., Solar proton event: Influence on stratospheric ozone, Science, 197, 886, 1977.

156. Solomon S., Reid G.C., Rush D.W., Thomas R.J., Mesospheric ozone depletion during the solar proton event of July 13, 1982 part II comparison between theory and measurements, Geophys. Res. Lett., 10, No. 4, 257-260, 1983.

157. Reid G.C., Solomon S., Garcia R.R., Response of the middle atmosphere to the proton events of August-December, 1989, Geophys. Res. Lett., 18, 1019-1022, 1991.

158. Zadorozhny A.M., Kikhtenko V.N., Kokin G.A., Tuchkov A.A., Tyutin A.A., Chizhov

159. A.F., Shtirkov O.V., J. Geophys. Res., 99, D10, 21059-21069, 1994.

160. Коновалов И.Б., Кузнецов И.В., Куликов Ю.Ю., Мазур А.Б., Носов В.И., Рыскин

161. B.Г., Швецов A.A., Густавссон Б., Нистрем А., Стин А., Микроволновые наблюдения вариаций стратосферного озона над Северной Скандинавией зимой 1995 г., Атмосферный озон. Труды конференции молодых учёных (Москва, 6 апреля 1995), 43-50, М.: ИФАРАН, 1995.

162. Vömel H., Rummukainen M., Kivi R., Karhu J., Turunen Т., Kyrö E., Rosen J., Kjome N., Oltmans S., Dehydration and sedimentation of ice particles in the Arctic stratospheric vortex, Geophys. Res Lett., 24,795-798, 1997.

163. Sinnhuber B.-M., Langer J., Klein U., Raffalski U., Künzi K., Schrems 0., Ground-based millimeter-wave observations of Arctic ozone depletion during winter and spring of 1996/97, Geophys. Res. Lett., 25, No. 17, 3327-3330, 1998.

164. Langer J., Barry В., Klein U., Sinnhuber B.-M., Wohltmann I., Künzi К.F., Chemical ozone depletion during Arctic winter 1997/98 derived from ground based millimeter-wave observations, Geophys. Res. Lett., 26, No. 5, 599-602, 1999.

165. Fromm M.D., Bevilacqua R.M., Hornstein J.H., Shettle E.P., Hoppel K.W., Lumpe J.D., An Analysis of POAM II Arctic polar stratospheric cloud observations, J. Geophys. Res., 104, 24341-24357, 1999.

166. Aikin A., Spring polar ozone behavior, Planet. Space Sei., 40. No. 1, 7, 1992.

167. Komhyr W.D., Electrochemical concentration cells for gas analysis, Ann. Geophys., 25, 203-210, 1969.

168. Rummukainen M., Kyrö E., Long-term stratospheric monitoring activities at a European Arctic research site, Phys. Chem. Earth, 20, 33-38, 1995.

169. Schoeberl M.R., Hartmann D.L. The dynamics of the stratospheric polar vortex and its relation to springtime ozone depletions, Science, 251, 46, 1991.