Введение 3
Глава 1. Аэрозоли в атмосфере Земли. 6
1.1. Атмосферный аэрозоль 6
1.2. Воздействие аэрозолей на атмосферу, климат и здоровье
населения 7
1.3. Дистанционное спутниковое обнаружение аэрозолей .... 9
1.4. Необходимость спутниковых измерений АОТ аэрозолей в
атмосфере в ночное время 11
Глава 2. Технология определения аэрозольной оптической толщи атмосферы в ночное время по данным спутниковых наблюдений. 14
2.1. Интенсивность солнечного излучения, измеряемая спутниковым спектрорадиометром в условиях безоблачной атмосферы. 14
2.2. Показание спутникового сенсора в безлунную ночь в условиях безоблачной атмосферы 16
2.3. Функция пропускания излучения ФУ 19
2.4. Оценка аэрозольной оптической толщи 22
Заключение 36
Литература 38
Приложение A. Прямая компонента функция пропускания солнечного излучения.
Приложение B. Зависимость от длины волны А (нм) коэффициентов поглощения
Приложение C. Код программы для расчета АОТ
Технологические процессы, связанные с подготовкой и добычей нефти, её хранением и транспортировкой приводят к выделению в атмосферу попутного нефтяного газа (ПНГ). При отсутствии инфраструктуры по утилизации выходящего на поверхность Земли газа, основными компонентами которого являются метан, этан, пропан и бутан, некоторая часть ПНГ сжигается в факельных установках (ФУ) в местах расположения месторождения. Сброс газа в атмосферу и его сжигание происходят также на этапах переработки нефти и её транспортировки.
Известно, что при сжигании этого газа в атмосферу поступают не только парниковые газы CO2 и метан, но и окись азота, сернистый ангидрид, сажа. Окись азота NO практически же сразу реагирует с кислородом воздуха, образуя диоксид азота NO2, который, в свою очередь, является предшествеником озона и аэрозолей.
В силу воздействия аэрозолей на атмосферу, климат и здоровье людей актуальной задачей современных экологических исследований является проведение постоянного мониторинга аэрозольного замутнения атмосферы в районах расположения ФУ. Особенно важной задачей является разработка подхода к оценке оптической толщи аэрозолей в атмосфере в ночное время.
Главной целью данного исследования является разработка подхода и оценка оптической толщи аэрозолей в атмосфере в зонах расположения факельных установках по сжиганию попутного нефтяного газа в ночное время по данным спутниковых наблюдений.
Формулировка этой задачи появилась после вывода на солнечно-синхронную орбиту спутника Suomi-NPP [1] с радиометром VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) [2] на борту. Этот радиометр, имеющий 22 спектральных каналов, регистрирует поток уходящего из атмосферы в космическое пространство излучения в спектральном диапазоне
0. 41-12.5 мкм. Главной особенностью этого сенсора, существенно отличающего его от всех детекторов этого класса, является измерение излучения в 4-х каналах видимого и ближнего ИК-диапазонов в ночное время суток.
Для достижения цели работы необходимо решить следуюшие задачи:
1. построить модель, которая связывает источник излучения с показанием каналов спутникового прибора в видимом и ближнем ИК- диапазонах в ночное время суток;
2. разработать подход и алгоритм восстановления аэрозольной оптической толщи в районе расположения факельной установки по сжиганию попутного нефтяного газа по спутниковым данным в видимом ИК-диапазоне в ночное время;
3. провести оценку аэрозольной оптической толщи для некоторых ФУ Западной Сибири.
Структура работы такая. В первой части главы представлен обзор работ, в которых показывается воздействия аэрозолей на атмосферу, климат и здоровье людей, затем обосновывается необходимость постоянного мониторинга аэрозольного замутнения атмосферы в районах расположения ФУ с использованием данных спутникового зондирования, в том числе в ночное время.
Во второй главе решаются основные задачи работы, представлены впервые полученные с использованием данных канала DNB спутника Suomi-NPP оценки аэрозольной оптической толщи та для 10 факельных установок, расположенных в Томской области, Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком округах в зоне с координатами (78 - 58) с. ш., (47 - 79 в. д.).
Целью данного исследования являлась разработка подхода к оценке оптической толщи аэрозолей в атмосфере в ночное время по данным спутниковых наблюдений. Возможность постановки такой задачи появилась после вывода на орбиту спутника Suomi-NPP с радиометром VIIRS на борту. Радиометр VIIRS регистрируют поток уходящего в космическое пространство излучения в видимом и ближнем ИК-диапазонах в ночное время суток.
Получены следующие результаты:
1. построена модель, позволяющая проводить расчёт показаний каналов спутникового прибора в видимом и ближнем ИК-диапазонах в ночное время суток;
2. разработан подход и алгоритм восстановления аэрозольной оптической толщи в районе расположения факельной установки по сжиганию попутного нефтяного газа по спутниковым данным в видимом ИК-диапазоне в ночное время;
3. проведена оценка аэрозольной оптической толщи для 10 факельных установок, расположенных в зоне с координатами (78 - 58) с. ш., (47 - 79 в. д. С использованием данных канала DNB спутника Suomi-NPP показано, что та на длине волны 0.7 мкм достигает значений ~ 1.14.
Автор выражает благодарность всем преподавателям кафедры радиофизики и теоретической физики, сотрудникам лаборатории космического мониторинга Алтайского государственного университа, принимавшим участие в обсуждении работы, а также научному руководителю доктору физико-математических наук Лагутину А. А. за руководство, постановку задач, обсуждение результатов и помощь в подготовке к защите.
