ПРОГРАММА РАСЧЕТА ФАКТОРА АСИММЕТРИИ ПО ИНДИКАТРИСЕ ЯРКОСТИ ДНЕВНОГО НЕБА

ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОЙ ОПТИКИ
1.1. Роль аэрозоля в атмосфере
1.2. Основные понятия
1.3. Использование метода Монте-Карло 9
1.4. Характеристики первичного светорассеяния 9
1.5. Индикатрисный метод определения оптической толщины атмосферы 12
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТАБЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ И ПОДБОР ФУНКЦИЙ 16
2.1. Поиск функции для экстраполяции значений до 0 градусов 19
2.1.1. Построение линейной функции 19
2.1.2. Построение экспоненциальной функции 20
2.1.3. Построение полинома второй степени 20
2.2. Поиск функции для интерполяции значений до 180 градусов 21
2.3. Интерполяционный полином Лагранжа 26
2.4. Метод трапеций для вычисления интеграла 27
3. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ОПТИКО¬
АТМОСФЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 28
3.1. Описание интерфейса программы 28
3.2. Алгоритм работы программы 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 35
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 37
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 38
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 41
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 43
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 45
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 47
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Купить

В наше время на Земле идет процесс глобального изменения климата, который вызван повышением околоземной температуры воздуха. Постоянное увеличение количества лесных пожаров, а также, извержения вулканов, сжигание нефтепродуктов в колоссальных масштабах приводит к тому, что в воздухе накапливаются парниковые газы. Неудивительно, что меняется также химический состав атмосферного аэрозоля. Как следствие этого, климатические изменения на планете связываются кроме газовой, еще и аэрозольной компоненты атмосферы. Поэтому необходимо глобальное исследование аэрозоля, чтобы определить степень его влияния на климат Земли [1].
Интерес к изучению аэрозоля определен существенной ролью аэрозоля в образовании радиационного равновесия Земли, его влиянием на природу и климат планеты целиком. В настоящее время потребность в атмосферно-оптической информации резко увеличилась. Кроме обычных областей науки и техники, которые нуждаются в этой информации (астрофизика, аэрофотосъемка, актинометрия, светотехника, и другие), быстрыми темпами развиваются методы контроля атмосферы в части аэрозольного загрязнения, решение различных хозяйственных задач с использованием спутниковых методов и средств, а также методы лазерного зондирования атмосферы и т.д. Одной из важнейших задач в исследовании оптических характеристик атмосферы можно выделить проблему определения влияния антропогенных факторов на экосистемы и изменения климата [2].
Очень перспективным является вопрос о важности разнообразных факторов, оказывающих влияние на определение аэрозольной оптической толщи рассеяния из наблюдений яркости неба в ближней инфракрасной области спектра. Для этого используются фактические результаты измерений атмосферных оптических толщ и яркости неба, взятые в сети AERONET [3].
Значимость исследования аэрозоля является признаком подтверждения расширения сети наземных станций для оценки оптического состоянием атмосферы, а также организацией системы наблюдения из космического пространства [4]. Исследование аэрозольных и радиационных полей выступают существенной частью многих международных, национальных и региональных программ.
Для того, чтобы создать подробную карту распределения аэрозоля, а также получить больший объём данных, по всему земному шару была организована Глобальная Автоматизированная сеть станций (АЭРОНЕТ), которая оборудована солнечными фотометрами, выполняющими измерения аэрозольной оптической толщи атмосферы. В пределах данной программы в течении года (1999-2000г.г.) в городе Барнауле функционировал солнечный фотометр (СЕ-318-1/2-A Cimel Electronique). С его помощью были проведены измерения аэрозольных оптических толщ в семи длинах волн, в том числе, яркости безоблачного дневного неба в альмукантарате и вертикале Солнца, а также, определение содержания водяного пара в атмосфере. Фотометр осуществлял работу в режиме мониторинга, а измерения спектральной яркости неба проводились измерялась в видимой и в ближней инфракрасной областях спектра [2].
В результате накопленных измерений получился большой объем данных: (азимутальный угол наблюдения, угол рассеяния, яркость однократно рассеянного излучения (расчет по Монте-Карло), относительная ошибка расчета яркости однократного рассеянного излучения (расчет по Монте-Карло), яркость однократно рассеянного излучения (расчет по формуле), яркость многократно рассеянного излучения (расчет по Монте-Карло), относительная ошибка расчета яркости многократного рассеянного излучения (расчет по Монте-Карло), индикатриса яркости), который необходимо обработать, причем зачастую вручную. Эти данные были получены при различных длинах волн, оптических толщах, зенитных углах, факторах асимметрии. Также существует много новых данных экспериментальных и теоретических. Данных много и обработка их - это очень трудоемкий, кропотливый рутинный труд.
Таким образом, была поставлена задача автоматизировать процесс обработки имеющихся экспериментальных данных (индикатриса яркости, угол рассеяния), интерполировать данные и подготовить их к анализу.
У нас имеются теоретические данные, рассчитанные по методу Монте-Карло, и экспериментальные данные, измеренные специализированным солнечным фотометром. Теоретические данные использовались для исследование функции индикатрисы яркости от угла рассеяния. Измеренные с помощью фотометра данные представляют собой слабо упорядоченные значения. Необходимо как-то упорядочить их и подготовить перед вводом в программу. Так как для наших широт в зависимости от зенитного угла Солнца угол рассеяния заканчивается на углах от 120° до примерно 150° (зенитного угла), необходимо продлить значения до угла 180° и, так как экспериментальные данные начинаются в лучшем случае с 2° (азимутального угла), а то и больше, необходимо добавить значения до 0°, т.е. необходимо экстраполировать функцию в начале и в конце имеющихся данных, а также для точности расчета интегралов интерполировать имеющиеся значения.

Купить