Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 16–20 ноября 2020 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XVIII.D.197

«Будущее Земли»: глобальная сферическая модель радиационного поля Земли

Сушкевич Т.А. (1), Стрелков С.А. (1), Максакова С.В. (1)
(1) Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва, Россия
Фундаментальные основы для реализации Всемирной Глобальной Научной ПРОГРАММЫ «Будущее Земли» [1] и прогнозирования не только климата Земли, но и её будущего как планеты (куда эволюционирует – к прообразу Марса или Венеры?), включая последствия антропогенного и естественно-природного воздействия, были заложены в XX веке благодаря достижениям МАТЕМАТИКОВ и изобретения компьютера, успехам в покорении космоса и создании «Ракетно-ядерного щита»!

Первые глобальные сферические модели радиационного поля Земли были разработаны и реализованы 55 лет назад Сушкевич Т.А. [2-9] в рамках проектов «Ракетно-ядерный щит» и покорения космоса в первом в мире Институте прикладной математики АН СССР (Институт Келдыша создан в 1953 году). Коллектив Института Келдыша с 1946 года (находился в составе Института математики им. В.А.Стеклова АН СССР) имел огромный опыт решения больших задач по «Атомному проекту» [10], 75-летие которого отмечается в 2020 году. И.В.Курчатов отвечал за «Атомный проект» и создание «изделий», С.П.Королев – за создание «ракет» для доставки «изделий» и космической группировки ПРО (противоракетной обороны), а М.В.Келдыш – за математику, вычислительную технику и расчеты в «Трех проектах»: «Атомный проект», «Космический проект», проект ««Ракетно-ядерный щит».

С 1954 года первые экземпляры математических ЭВМ, начиная с первой ЭВМ «Стрела», устанавливались в Институте Келдыша, в котором был создан самый большой вычислительный центр. Другие коллективы в Москве, Ленинграде, Новосибирске не имели ЭВМ высокой производительности и не могли конкурировать с Институтом Келдыша, где кроме ЭВМ была создана первая научная школа по вычислительной математике с широким спектром приложений.

Т.А. Сушкевич разработала первую в мире глобальную модель переноса солнечного и собственного излучения в сферической атмосфере Земли в масштабах планеты (расчет одного варианта на БЭСМ-6 длился около 300 часов) [2, 3], на основе которой были получены пионерские результаты по дистанционному зондированию аэрозольных и озоновых слоев, а также решены многие прикладные задачи освоения космического пространства и становления космических исследований.

Глобальная модель в последние годы приобрела актуальность в связи с исследованиями глобальной климатической системы Земли и признанием существенной роли (вклад до 40%) радиационного форсинга на эту систему.

Непреодолимая сложность проблемы состоит в том, что для исследований планеты не допустимы натуральные эксперименты и возможны только мониторинг и наблюдения разными средствами, с одной стороны, а с другой стороны на момент измерений радиации невозможно восстановить весь набор оптико-геофизических и оптико-метеорологических параметров системы «атмосфера-суша-океан», от которых зависит радиация, и не возможно повторить условия наблюдений, так как среда непрерывно изменяется и никогда не повторяется. В момент измерений НЕВОЗМОЖНО проконтролировать «оптическую погоду»! Потому исследования можно проводить только на основе моделей и «сценарного» подхода!

Без МАТЕМАТИКИ и КОМПЬЮТИНГА нельзя реализовать ПРОГРАММУ «Будущее Земли»! Для решения таких проблем традиционно используются самые большие ЭВМ, в том числе суперкомпьютеры (с 2004 года – в США по заказу NASA; Китай, Япония, Германия, ЕС, Бразилия и др).

В докладе будут представлены аналитический обзор состояния этой проблемы и проект современной модели глобального радиационного поля Земли.

Исследование выполняется в рамках темы № 0017-2019-0002 при частичной финансовой поддержке РФФИ (проекты 17-01-00220, № 18-01-00609).

Литература

1. Future Earth. Global Research Projects. http://futureearth.org
2. Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической атмосфере // Отчет № О-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
3. Сушкевич Т.А. Поле яркости сферической атмосферы // Кандидатская диссертация. Автореферат. Москва, ИФА АН СССР, 1972. С. 190/11.
4. Назаралиев М.А., Сушкевич Т.А. Расчеты характеристик поля многократно рассеянного излучения в сферической атмосфере // Изв. АН СССР. Серия Физика атмосферы и океана, 1975. Т. 11, № 7. С. 705-717.
5. Сушкевич Т.А., Коновалов Н.В. Об области применимости плоской модели в задачах о многократном рассеянии излучения в земной атмосфере // Изв. АН СССР. Серия Физика атмосферы и океана, 1978. Т. 14, № 1. С. 44-57.
6. Кондратьев К.Я., Марчук Г.И., Бузников А.А., Минин И.Н., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Орлов В.М., Смоктий О.И. Поле излучения сферической атмосферы // Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. 215 с.
7. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
8. Сушкевич Т.А. О пионерских работах по математическому моделированию радиационного поля Земли при освоении космоса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. В.5. Т.1. С. 165-180.
9. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Глобальное радиационное поле Земли, радиационный форсинг и супервычисления // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т.7. №4. С. 165-175.
10. История Росатома. Атомный проект СССР. Электронная библиотека URL: http://elib.biblioatom.ru/sections/0201/.

Ключевые слова: Всемирная Глобальная Научная Программа «Будущее Земли», радиационное поле, глобальная сферическая модель, перенос излучения, природные среды, климат, мониторинг, космос, ДЗЗ, пионерские работы, обзор, перспективы
Литература:
  1. Future Earth. Global Research Projects. http://futureearth.org
  2. Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической атмосфере // Отчет № О-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
  3. Сушкевич Т.А. Поле яркости сферической атмосферы // Кандидатская диссертация. Автореферат. Москва, ИФА АН СССР, 1972. С. 190/11.
  4. Назаралиев М.А., Сушкевич Т.А. Расчеты характеристик поля многократно рассеянного излучения в сферической атмосфере // Изв. АН СССР. Серия Физика атмосферы и океана, 1975. Т. 11, № 7. С. 705-717.
  5. Сушкевич Т.А., Коновалов Н.В. Об области применимости плоской модели в задачах о многократном рассеянии излучения в земной атмосфере // Изв. АН СССР. Серия Физика атмосферы и океана, 1978. Т. 14, № 1. С. 44-57.
  6. Кондратьев К.Я., Марчук Г.И., Бузников А.А., Минин И.Н., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Орлов В.М., Смоктий О.И. Поле излучения сферической атмосферы // Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. 215 с.
  7. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
  8. Сушкевич Т.А. О пионерских работах по математическому моделированию радиационного поля Земли при освоении космоса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. В.5. Т.1. С. 165-180.
  9. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Глобальное радиационное поле Земли, радиационный форсинг и супервычисления // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т.7. №4. С. 165-175.
  10. История Росатома. Атомный проект СССР. Электронная библиотека URL: http://elib.biblioatom.ru/sections/0201/.


Ссылка для цитирования: Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. «Будущее Земли»: глобальная сферическая модель радиационного поля Земли // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 179. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

179