Озон является одним из климатически важных атмосферных газов, что стало причиной использования различных методов дистанционного зондирования для мониторинга его содержания в атмосфере Земли. Одним из методов получения информации о вертикальном распределении озона служит метод уходящего теплового излучения. На борту российского метеорологического спутника «Метеор-М» №2 расположен прибор ИКФС-2, измеряющий спектры теплового излучения в диапазоне 660-2000 см-1. Наши оценки информативности спектров ИКФС-2 показали, что среднее число степеней свободы относительно вертикального распределения озона равно 4.

Решение обратной задачи получения вертикального профиля содержания озона может осуществляться с использованием двух основных алгоритмов: регрессионный, основанный на статистическом подходе, и физико-математический, основанный на итерационном решении обратной задачи. Мы представляем методику физико-математического подхода определения профиля озона, которая реализована на обобщении метода статистической регуляризации на нелинейные задачи и содержит элементы, улучшающие сходимость решения. Данный подход также используется на предварительном этапе для восстановления профилей температуры и влажности, необходимых для определения профилей озона. Для увеличения быстродействия обработки измерений мы уменьшаем размерности используемых матриц, применяя метод главных компонент как по отношению к измеренным спектрам, так и по отношению к восстанавливаемым профилям.

Для оценок погрешностей и анализа работы представляемой методики интерпретации спектров ИКФС-2 проведены замкнутые численные эксперименты с использованием смоделированных спектров уходящего теплового излучения по известным профилям содержания озона (данные озонозондирования, NCEP GFS). Расчёт спектров прямой задачи реализован с помощью модели переноса излучения RTTOV. Рассмотрено влияние различных факторов решения обратной задачи: использование разной информации о профилях температуры и влажности, вариации температуры поверхности и спектральных каналов в полосе поглощения озона. Выявлено, что разности исходных и восстановленных профилей озона увеличиваются при рассмотрении состояний атмосферы высоких широт.

Исследование профинансировано грантом Российского научного фонда №23-27-00166, https://rscf.ru/project/23-27-00166/.