АННОТАЦИЯ 3
Введение 3
1 Метод Монте-Карло 4
1.1 Обоснование выбора метода 4
1.2 Интегро-дифференциальное уравнение переноса 5
1.3 Сопряженное уравнение переноса 7
1.4 Локальные оценки 8
1.5 Моделирование сопряженных траекторий 9
2 Моделирование интенсивности солнечной дымки 11
2.1 Общая схема моделирования 11
2.2 Описание программной реализации 15
3 Модель атмосферы 17
3.1 Описание модели 17
3.2 Геометрическая постановка задачи 18
4 Результаты моделирования 20
4.1 Численные эксперименты 20
4.2 Статистическая обработка 23
4.3 Анализ результатов 24
Заключение 25
Список литературы 26
Приложение А Нормированная индикатриса рассеяния 27
Приложение Б Программа для получения значений интенсивности солнечной дымки в
среде MATLAB 28
Приложение В Программа для анализа и построения регрессии полученных значений интенсивности солнечной дымки в среде Rstudio 41
Приложение Г Полученные значения 46
Исследование оболочки Земли представляет собой непрерывный процесс. Атмосфера постоянно изменяет свой аэрозольно-газовый состав, поэтому уточнение имеющихся и построение новых радиационных моделей, получение новых статистических данных является необходимым и неизбежным. Исследования дают ключ к пониманию явлений, которые совершаются в тропосфере, что позволяет прогнозировать погодные условия. От того, как тщательно метеорологи изучат все возможные состояния оболочки Земли зависят: безопасность и подготовленность авиации и флота, контроль земной поверхности и находящихся на ней или в ней объектов, решение задач экологии и т. п.
В данной работе будет исследована одна из важных составляющих метеорологических моделей - солнечное излучение для разнообразных состояний атмосферы. Процесс распространения света в среде является случайным процессом, поэтому для решения используются методы теории вероятности и теории случайных процессов, в совокупности с теорией процесса переноса излучения, которая интенсивно применяется в решении задач астрофизики, физики атмосферы и других разделов науки, связанных с исследованием полей излучения в рассеивающих и поглощающих средах.
Одним из эффективных методов и мощным инструментом является метод статистического моделирования, или метод Монте-Карло. Моделирование распространения фотонов с помощью метода Монте-Карло - это гибкий и точный подход к имитации миграции фотонов, что обусловило выбор данного метода для исследования.
Таким образом, целью данной дипломной работы стало построение базовой радиационной модели и получение базы данных для последующего анализа и прогнозирования.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Поиск и изучение соответствующей литературы и статей.
2. Разработка, реализация алгоритмов и программ для процесса переноса излучения методом Монте-Карло (моделирование на прямых и сопряженных траекториях).
3. Статистическая обработка результатов численных экспериментов.
4. Анализ и сопоставление полученных данных.
В процессе выполнения дипломной работы были рассмотрены основные принципы метода Монте-Карло и его применение для моделирования атмосферных явлений. Была разработана модель неоднородной сферической атмосферы, в которой проведена симуляция вылета фотонов и исследование явления солнечной дымки.
Результаты исследования показали, что метод Монте-Карло является эффективным инструментом для моделирования атмосферных явлений. Были получены новые данные зависимости интенсивности солнечной дымки от углов Солнца и системы наблюдения, которые могут быть использованы для улучшения экологической ситуации в регионах с высоким уровнем загрязнения атмосферы.
Данное исследование имеет практическое значение для экологов, геофизиков и других специалистов, работающих в области атмосферных явлений. Результаты могут быть использованы для дальнейших научных исследований в области атмосферных явлений и экологии.
Таким образом, исследование солнечной дымки методом Монте-Карло является актуальной темой в современной науке, и его результаты могут быть использованы для решения актуальных проблем в области экологии и охраны окружающей среды.
