| Аннотация |
Проблемы глобального изменения климата, влияние на эти изменения парниковых газов, а также эволюции озонного слоя являются наиболее важными проблемами атмосферной физики, поскольку они связаны со средой обитания человека. На изменение климата большое воздействие оказывают парниковые газы. Состояние озонного слоя связано с концентрациями газов, принадлежащих озонному циклу. В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом большие ресурсы выделяются на создание аппаратуры как наземного, так и бортового базирования для измерения концентраций как парниковых газов, так и газов озонного цикла. Большая часть этой аппаратуры базируется на спектроскопических методах. Все чаще и чаще для этих целей используются широкополосные интерферометры высокого разрешения.
Для извлечения колонных концентраций и высотных профилей концентраций газов необходима точная информация о параметрах спектральных линий и об их зависимостях от температуры и давления. Эти данные концентрируются в банках спектроскопической информации.
Банки спектроскопической информации широко используются также в изучении химического и изотопного состава атмосфер планет, включая экзопланеты, а также атмосфер звезд и межзвездного пространства. Широко используемые банки спектроскопической информации ориентированы на условия атмосферы Земли. Поэтому в них отсутствует спектроскопическая информация, необходимая при моделировании спектров планет, атмосфера которых имеет более высокую температуру, чем атмосфера Земли.
Создаваемые как у нас в стране, так и за рубежом банки спектроскопической информации содержат в себе как экспериментально измеренные параметры спектральных линий, так и параметры, полученные в результате расчетов в рамках разработанных теоретических моделей. Следует отметить, что существующие банки данных нуждаются в дополнении и расширении на высокие температуры, а находящаяся в них спектроскопическая информация в проверке на достоверность и в уточнении. Необходимо разработать методы и алгоритмы использования существующей спектроскопической информации в условиях нарушения локального термодинамического равновесия. Значительная часть спектроскопической информации опубликована в литературе в виде графиков спектральных функций. Для её практического использования необходима оцифровка графической информации и описание её свойств.
При использовании спектроскопических методов решения задач газоанализа, прогнозирования распространения излучения через молекулярные газовые среды и расчетов радиационного баланса атмосферы необходим также учет неселективного поглощения. Для этого необходима разработка современной физически обоснованной модели неселективного поглощения излучения молекулярными газами.
Для решения задач газоанализа необходимо иметь эффективные алгоритмы компонентного анализа спектров газовых смесей на основе спектроскопических банков данных и методов машинного обучения.
Современные запросы климатологов требуют усовершенствования методов восстановления общего содержания и профилей концентраций парниковых газов в земной атмосфере, а также уточнения вкладов атмосферных малых газовых составляющих в радиационный баланс земной атмосферы с учетом региональных особенностей.
Целью настоящего проекта является обеспечение исследований и прогнозирования как селективного, так и неселективного поглощения излучения газовыми средами, включая атмосферу Земли, атмосферы планет Солнечной системы и атмосферы экзопланет. Это обеспечение будет осуществлено созданием банков параметров спектральных линий молекулярных газов и разработкой современной физически обоснованной модели неселективного поглощения излучения молекулярными газами.
Задачи проекта: а) получение новой высокоточной экспериментальной информации по параметрам спектральных линий молекул и радикалов, интересных с точки зрения приложений в физике планетных атмосфер, включая атмосферу Земли, и в астрофизике; б) проведение глобального теоретического моделирования спектров высокого разрешения молекул и радикалов, что даст возможность получить спектроскопическую информацию, труднодоступную для эксперимента (например, высокие температуры); в) теоретическое моделирование спектров высокого разрешения молекулярных газов в условиях нарушения локального термодинамического равновесия; г) разработка современной физически обоснованной модели неселективного поглощения излучения молекулярными газами; д) разработка автоматизированной системы для анализа молекулярных колебательно-вращательных спектров с применением теории распознавания образов и элементов искусственного интеллекта; е) создание собственных банков параметров спектральных линий и участие в развитии международных баз спектроскопической информации и информационных систем по спектроскопии; ж) создание алгоритмов компонентного анализа спектров газовых смесей на основе спектроскопических банков данных и методов машинного обучения; з) усовершенствование методики восстановления общего содержания и профилей концентраций парниковых газов в земной атмосфере; и) моделирование атмосферного переноса солнечного и теплового излучения в атмосфере Земли.
В результате выполнения проекта будет получена обширная новая высокоточная экспериментальная информация о параметрах спектральных линий атмосферных газов и газов, интересных для приложений в физике планетных атмосфер, климатологии и астрофизике. Будет проведено (или уточнено) глобальное моделирование спектров высокого разрешения молекул CO2, С2Н2, СH4, C2H4, N2O, NO2, H2S, CH3Cl, CFCl3 в ИК области спектра и радикалов CH, CN в УФ области спектра. Будет разработана современная физически обоснованная модель неселективного поглощения излучения водяным паром и углекислым газом. Будут созданы или уточнены, созданные ранее в ИОА СО РАН, банки параметров спектральных линий для молекул СО2, N2O, NO2, C2H2, H2S, CS2, СН4, C2H4, CH3Cl и CFCl3. Полученная новая спектроскопическая информация будет инкорпорирована в международные базы данных HITRAN, HITEMP и GEISA, а также в международный «Виртуальный центр атомных и молекулярных данных (VAMDC)». Будет создано программное обеспечение для оцифровки графически представленных спектральных функций и формирования базы знаний, описывающих их свойства. Будет создан алгоритм компонентного анализа спектров газовых смесей на основе спектроскопических банков данных и методов машинного обучения. Будет создана автоматизированная система для анализа молекулярных колебательно-вращательных спектров с применением теории распознавания образов и элементов искусственного интеллекта. На основе экспериментальных спектров поглощения солнечного излучения и уходящего теплового излучения Земли в реальной атмосфере будет развита методика восстановления общего содержания и профилей концентраций Н2О, CO2 и CH4 в атмосфере. Будут определены вклады атмосферных малых газовых составляющих в радиационный баланс земной атмосферы с учетом региональных особенностей.
|
