ДИНАМІКА ОКРЕМИХ ХІМІЧНИХ СКЛАДОВИХ ТА ОПТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АТМОСФЕРИ НАД ТЕРИТОРІЄЮ УКРАЇНИ

Краткое содержание

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, формулюються мета і задачі дослідження, вказуються основні методи дослідження. Велика увага приділяється науковій і практичній новизні отриманих результатів, а також їх апробації.

У першому розділі розглядаються основні характеристики обраних хімічних складових та оптичних властивостей атмосфери, а саме: атмосферного озону, альбедо та аерозолю. Сучасні дослідження оптичних властивостей та хімічних складових атмосфери базуються на працях цілого покоління вчених (Хргіана А.Х., Перова С.П., Ізраеля Ю.А., Александрова Е.Л., Кароля І.Л., Будико М.І., Івлєва Л.С., Кондратьєва К.Я., Матвєєва Л.Т. та ін.). Великий внесок у дослідження  динаміки хімічних складових та оптичних властивостей атмосфери над територією України зробили вчені Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту і інших установ (Мартазінова В.Ф., Гущін Г.К., Білявський О.В., Блюм О.Б., Маренко А.Н.). Враховуючи необхідність дослідження впливу природних факторів на загальний вміст озону, значення альбедо та аерозольний індекс, окремо розглядаються глобальні геофізичні фактори, їх поширення та особливості впливу на хімічний склад атмосфери і клімат. В цьому напрямку великі досягнення мають закордонні вчені (Carvalho L.M,Chou Chia, Fasullo J.,Grötzner A., Loeb N.G.Roeckner E. та ін.)

В другому розділі всебічно проаналізовано джерела вихідних даних та викладено методику дослідження. Вихідні дані представлені даними американського супутникового приладу TOMS і за часовим інтервалом охоплюють період з листопада 1978 до грудня 2002 рр. В період з квітня 1993 до липня 1996 р. супутник не був прив’язаний до сонячно-земної орбіти, тому ряди  даних за цей період не були включені до аналізу.  Результати вимірів обраних оптичних властивостей та хімічних складових атмосфери за даними  TOMS просторово осереднені в комірках так званої “сітки TOMS grid”. Ця сітка центрована у точках за широтою від 85,5˚ пд.ш. до 85,5˚ пн.ш. з кроком  1˚ і за довготою –  від 179,375˚ зх.д. до 179,375˚ сх.д. з кроком 1,25˚. Незважаючи на те, що розроблене під час досліджень програмне забезпечення дозволяє майже миттєво в режимі реального часу зробити розрахунки для більших за часовим інтервалом рядів даних (наприклад, до 2007 року), це свідомо не було зроблено з таких причин. По-перше, апробація 8-ої версії даних (включає ряди даних після 2002 року) ще не закінчилась, тому ці ряди ще не визнані як репрезентативні. По-друге, результати, на які спирається робота, були підготовлені до публікації за тих часів, коли восьма версія ще не стала загальнодоступною.

Ряди вихідних даних загального вмісту озону, значення альбедо та вмісту аерозолю (з просторовим розподіленням сітки TOMS grid) осереднювались в першу чергу для території України. Проте, враховуючи просторовий розподіл даних TOMS grid, всі дослідження проводились не безпосередньо для території України, а для криволінійного прямокутника України (тобто прямокутник, що утворюється 4-ма вузлами сітки TOMS grid максимально просторово наближеними до крайніх точок України) з координатами від 44 до 53° пн.ш. та від 21 до 40° сх. д. З метою подальшого аналізу результатів досліджень були також використані дані, осереднені для планети в цілому (глобальний рівень досліджень), дані широтного поясу, до якого належить територія України (зональний рівень досліджень) та дані для окремих частин території України з просторовим розподіленням 3° за широтою на 4° за довготою (субрегіональний рівень досліджень). З метою контролю отриманих для криволінійного прямокутника Україна результатів, його площа умовно була укрупнена в 2,5 рази і отримала умовну назву Супер_України. Відповідно, регіональний рівень досліджень представлений даними для України та Супер_України.

На відміну від даних ЗВО, які безпосередньо вимірюються приладом, дані альбедо системи «Земля – атмосфера» регулярно обчислюються тільки для планети в цілому. Літакове зондування проводиться рідко, тому дослідження динаміки значення альбедо над окремими регіонами за цими даними є неможливими. Таким чином в роботі були використані ряди відбивної здатності, що вимірюється супутником і в англомовній літературі має назву “reflectivity”. В роботі окремо було проведено дослідження щодо можливості використання даних “reflectivity”, як замінника регіональних та субрегіональних даних альбедо системи «Земля – атмосфера». Дані аерозолю представлені значеннями аерозольного індексу, що вказує наскільки довжина хвилі випромінювання залежить від загального вмісту аерозолю.

Крім того, для порівняння результатів досліджень динаміки загального вмісту озону за супутниковими даними були використані дані української наземної озонометричної мережі. Її складають шість станцій: Київ, Богуслав, Бориспіль, Феодосія, Львів, Одеса. Вимірювання на цих станціях почались в різні роки і мають різну кількість пропусків та перерв у вимірах, проте в роботі були використані всі наявні дані.

Ряди даних глобальних геофізичних факторів представлені 20-ма індексами, які умовно поділені на чотири групи: індекси тиску, індекси зональної складової вітру, індекси зональних змін температури та індекс потоку довгохвильової радіації. Враховуючи наявність періодичної складової у їх динаміці, в дослідженнях були використані тільки аномалії зазначених індексів. Загалом ці ряди значень характеризують такі глобальні геофізичні фактори як квазідворічне коливання, Південно-Атлантичне, Північно-Атлантичне та Тропічно-Атлантичне коливання, Південне коливання Ель-Ніньо, Північно-Тихоокеанське коливання та ін.

Для досліджень було розроблено спеціальну методику, в основі якої лежать два основні методи досліджень: гармонічний та регресійний аналіз. Всі дослідження складались з двох основних частин: розрахунок короткоперіодичних коливань та кліматичних норм і виділення довгоперіодичних коливань, шляхом розрахунків природної складової змін ЗВО, значення альбедо та вмісту аерозолю.  

Виділення кліматичних норм може бути реалізовано двома шляхами: помісячне осереднення та гармонічний аналіз. Помісячне осереднення може давати точні результати для великих за часовим інтервалом рядів даних. Тому в наших дослідженнях частіше застосовувався аналіз Фур’є або гармонічний аналіз, в основі якого лежить теорема Фур’є. Дана теорема вказує на можливість розкладу дискретного ряду параметрів на систему тригонометричних функцій (синусів та косинусів). Таким чином були виділені гармоніки сезонного ходу. Перевірка значущості гармонік здійснювалась шляхом застосування критерію Стьюдента (забезпечення 95%).