Методика определения вертикального распределения озона в атмосфере по данным измерений ИКФС-2

Из-за различий во времени жизни, механизмах образования и разрушения озона, а также значении озона в разных слоях атмосферы, важно получать данные не только об общем содержании озона, но и о его вертикальном распределении. Для этого может быть использован метод уходящего теплового излучения, рассмотренный в данной работе. Главным достоинством метода является возможность измерений при отсутствии солнечного излучения, включая период ночи, как обычной, так и полярной.
Мы представляем методику определения элементов вертикального распределения озона из спектров уходящего теплового ИК излучения, измеренных прибором ИКФС-2 с борта спутников серии «Метеор-М» №2. Исходя из оценок информативности измерений ИКФС-2 были выделены следующие четыре слоя для определения интегрального содержания озона: поверхность–220 гПа (условная тропосфера), 220–80 гПа (слой верхней тропосферы/нижней стратосферы), 80–30 гПа (нижняя/средняя стратосфера), 30–0.005 гПа (средняя стратосфера). Решение обратной задачи восстановления вертикального профиля содержания озона осуществляется в несколько этапов на основе различных методов решения некорректных обратных задач. Для итогового уточнения вертикального распределения озона используется физико-математический подход, реализованный на основе метода статистической регуляризации. Заметим, что решение прямой задачи производится с использованием быстрой радиационной модели переноса излучения RTTOV. Оценки показали, что погрешность определения интегрального содержания озона во всем атмосферном столбе (общего содержания озона) в среднем для всех широт составляет 2.3 %, что согласуется с требованиями Глобальной системы наблюдения за климатом. Погрешность определения тропосферного содержания озона равна 5.2 е.Д. Наблюдается широтный ход с ростом погрешностей восстановления элементов вертикального распределения озона в области высоких широт.
На основе разработанного алгоритма обработаны измеренные спектры ИКФС-2. Результаты сопоставлены с вертикальными профилями озонозондирования атмосферы, которые обладают высоким вертикальным разрешением. По результатам сопоставления, ИКФС-2 переоценивает в слое 220–80 гПа, что наблюдается и по данным измерений зарубежных ИК-зондировщиков. Выявлено, что наилучшее согласие наблюдается в области низких широт, что объясняется большей информативностью измерений ИКФС-2 в низких тропических широтах. Сравнение результатов валидации измерений приборов ИКФС-2 и IASI на основе данных озонозондирования также показало хорошее согласие. Таким образом, методика может применяться для получения данных о вертикальном распределении озона на основе измерений уходящего теплового ИК излучения с борта спутников серии «Метеор-М» №2, в том числе с целью контроля аномальных содержаний озона в разных атмосферных слоях.
Работа выполнена при поддержке СПбГУ, шифр проекта 124032000025-1.