Кутові характеристики розсіювання сонячного світла земною атмосферою, спостережувані приладом «ScanPol» проєкту «АEROSOL-UА»
Рубрика:
| Данилевський, ВО |
| Косм. наука технол. 2020, 26 ;(6):060-074 |
| https://doi.org/10.15407/knit2020.06.060 |
| Мова публікації: Українська |
Анотація: У статті оцінюються кутові характеристики розсіювання сонячного світла земною атмосферою та параметри об’єму атмосфери й ділянок земної поверхні, спостережуваних приладом «СканПол» проєкту «Аерозоль-UA» для визначення параметрів аерозольних частинок з орбіти штучного супутника Землі. Отримано оцінки діапазону кутів розсіювання у нижній тропосфері, що можуть спостерігатися приладом «СканПол» з сонячно-синхронної приполярної орбіти висотою 705 км і нахилом 98.1° з перетином супутником висхідного вузла на екваторі о 21 год 30 хв, 22 год 30 хв і 23 год 30 хв місцевого середнього сонячного часу. Оцінки кутів розсіювання oдержані при кожній з трьох реалізацій орбіти для ділянок земної поверхні північної півкулі, де зенітна відстань Сонця становить 80°, 50°, та мінімально можлива для кожної реалізації орбіти на дати поблизу літнього і зимового сонцестоянь (21 червня і 21 грудня) та осіннього рівнодення (21 вересня) 2020 р.
Діапазон кутів розсіювання обчислено для усього діапазону кутів сканування приладу «СканПол», що становить 110° уздовж підсупутникової траси. Він найбільший при найбільшій з прийнятих тут зенітній відстані Сонця 80°, яка настає у приполярних широтах північної півкулі у період від весняного до осіннього рівнодення, і у середніх широтах протягом іншої частини року, і становить приблизно 51.1°...149.5° близько літнього сонцестояння для орбіти з часом проходження супутником висхідного вузла на екваторі (ТВВ) 21 год 30 хв та 41.9°...172.9° при ТВВ = 23 год 30 хв. Найменший діапазон кута розсіювання має місце при мінімальних зенітних відстанях Сонця біля дня зимового сонцестояння і становить приблизно 103.2°...142.8° та 108.2°...170.4° для зазначених ТВВ відповідно. Для решти зенітних кутів Сонця діапазони кутів розсіювання мають проміжні значення. Зменшення цього діапазону відбувається переважно за рахунок скорочення з боку малих кутів розсіювання. У підсумку, діапазон спостережуваних кутів розсіювання найбільший для орбіти з місцевим часом, близьким до полудня, що у випадку орбіти із зазначеним тут нахилом відповідає ТВВ приблизно від 22 год 30 хв до 24 год 00 хв.
Порівняння діапазонів кутів розсіювання, спостережуваних приладом «СканПол», з даними моделювання показало, що вимірювання з приладом «СканПол» на зазначеній орбіті дозволяють визначати мікрофізичні й оптичні характеристики аерозольних частинок. У процесі сканування лінійний розмір уздовж підсупутникової траси ділянки земної поверхні у миттєвому полі зору приладу змінюється приблизно від 6 км у надирі до майже 60 км при найбільшому куті сканування 60°, а унаслідок обертання Землі довгота спостережуваної ділянки при цьому зменшується приблизно на 1.55°, що відповідає її лінійному зміщенню уздовж паралелі від DS »172 км на екваторі до DS » 24.5 км на широті 82°. Тому результати вимірювань з приладом «СканПол» можуть бути використані при їхньому мезомасштабному усередненні.
|
| Ключові слова: аерозолі, дистанційні дослідження, земна атмосфера, оптика атмосфери, розсіювання сонячного світла |
References:
1. Abalakin V. K. (1979). Basics of the ephemerides astronomy. Мoscow: Nauka [in Russian].
2. Ambartsumian V. A., Mustel E. P., Severny A. B., Sobolev V. V. (1952). Theoretical astrophysics. Moscow [in Russian].
3. Duma D. P. (2007). General astrometry. Kyiv: Naukova Dumka [in Ukrainian].
4. Syniavskyi I. I., Milinevsky G. P., Ivanov Yu. S., Sosonkin M. G., Danylevsky V. O., Rosenbush V. K., Bovchaliuk A. P., Lukenyuk A. A., Shymkiv A. P., Mishchenko M. I. (2015). Metodology, hardware implementation, and validation of satellite
remote sensing of atmospheric aerosols: first results of the Aerosol-UA space experiment development. Space Science and Technology, 23, № 3, 9—17 [in Ukrainian].
2. Ambartsumian V. A., Mustel E. P., Severny A. B., Sobolev V. V. (1952). Theoretical astrophysics. Moscow [in Russian].
3. Duma D. P. (2007). General astrometry. Kyiv: Naukova Dumka [in Ukrainian].
4. Syniavskyi I. I., Milinevsky G. P., Ivanov Yu. S., Sosonkin M. G., Danylevsky V. O., Rosenbush V. K., Bovchaliuk A. P., Lukenyuk A. A., Shymkiv A. P., Mishchenko M. I. (2015). Metodology, hardware implementation, and validation of satellite
remote sensing of atmospheric aerosols: first results of the Aerosol-UA space experiment development. Space Science and Technology, 23, № 3, 9—17 [in Ukrainian].
https://doi.org/10.15407/knit2015.03.009
5. Yatskiv Ya. S., Mishchenko M. I., Rosenbush V. K., Shakhovskoy D. N., Sinyavsky I. I., Milinevsky G. P., Kiselev N. N., Ivanov Yu. S., Petukhov V. N., Danylevsky V. O., Bovchalyuk A. P. (2012). Satellite project “AEROSOL-UA”: remote sensing
of aerosols in the Earth’s atmosphere. Space Science and Technology, 18, № 4, 3—15 [in Russian].
5. Yatskiv Ya. S., Mishchenko M. I., Rosenbush V. K., Shakhovskoy D. N., Sinyavsky I. I., Milinevsky G. P., Kiselev N. N., Ivanov Yu. S., Petukhov V. N., Danylevsky V. O., Bovchalyuk A. P. (2012). Satellite project “AEROSOL-UA”: remote sensing
of aerosols in the Earth’s atmosphere. Space Science and Technology, 18, № 4, 3—15 [in Russian].
https://doi.org/10.15407/knit2012.04.003
6. Anderson T. L., Charlson R. J., Winker D. M., Ogren J. A. Holmén K. (2003). Mesoscale Variations of Tropospheric Aerosols. J. Atmos. Sci., 60, 119—136.
6. Anderson T. L., Charlson R. J., Winker D. M., Ogren J. A. Holmén K. (2003). Mesoscale Variations of Tropospheric Aerosols. J. Atmos. Sci., 60, 119—136.
7. Boucher O., Randall D., Artaxo P., Bretherton C., Feingold G., Forster P., Kerminen V.-M., Kondo Y., Liao H., Lohmann U., Rasch P., Satheesh S. K., Sherwood S., Stevens B., Zhang X. Y. (2013). Clouds and Aerosols. Climate Change 2013:
The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. T. F. Stocker et al. Cambridge, New York: Cambridge Univ. Press.
8. Capderou M. (2005). Satellites Orbits and Missions. Springer-Verlag France.
9. Dubovik O., Holben B., Eck T. F., Smirnov A., Kaufman Y. J., King M. D., Tanré D., Slutsker I. (2002). Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations. J. Atmos. Sci., 59, 590—608.
10. Dubovik O., Li Z., Mishchenko M. I., Tanré D., Karol Y., Bojkov B., Cairns B., Diner D. J., Espinosa W. R., Goloub P., Gu X., Hasekamp O., Hong J., Hou W., Knobelspiesse K. D., Landgraf J., Li L., Litvinov P., Liu Y., Lopatin A., Marbach T., Maring H., Martins V., Meijer Y., Milinevsky G., Mukai S., Parol F., Qiao Y., Remer L., Rietjens J., Sano I., Stammes P., Stamnes S., Sun X., Tabary P., Travis L. D., Waquet F., Xu F., Yan C., Yin D. (2019). Polarimetric remote sensing of atmospheric aerosols: Instruments, methodologies, results, and perspectives. J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer., 224, 474—511.
11. Dubovik O., Sinyuk A., Lapyonok T., Holben B. N., Mishchenko M., Yang P., Eck T. F., Volten H., Muñoz O., Veihelmann B., van der Zande W. J., Leon J.-F., Sorokin M., Slutsker I. (2006). Application of spheroid models to account for aerosol
particle nonsphericity in remote sensing of desert dust. J. Geophys. Res., 111, D11208.
12. Dubuisson P., Roger J. C., Mallet M., Dubovik O. (2006). A code to compute the direct solar radiative forcing: Application to anthropogenic aerosols during the escompte experiment. International Radiation Symposium (IRS 2004) on Current Problems
in Atmospheric Radiation. (Eds. H. Fischer, B.-J. Sohn, A. Deepak). Hampton, 127—130.
13. Seidelmann P. K. (Ed.). (1992). Explanatory supplement to the astronomical almanac: University Science Books. California: Mill Valley,
14. Forster P., Ramasvamy V., Artaxo P., Bernsten T., Betts R., Fahey D. W., Haywood J., Lean J., Lowe D. C., Myhre G., Nganga J., Prinn R., Raga G., Shulz M., Dorland R. V. (2007). Changes in atmospheric constituents and in radiative forсing. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. S. Solomon et al. Cambridge and New York: Cambridge Univ. Press.
15. Galytska E., Danylevsky V., Hommel R., Burrows J. P. (2018). Increased aerosol content in the atmosphere over Ukraine during summer 2010. Atmos. Meas. Tech., 11, 2101—2118.
16. Giles D. M., Sinyuk A., Sorokin M. G., Schafer J. S., Smirnov A., Slutsker I., Eck T. F., Holben B. N., Lewis J. R., Campbell J. R., Welton E. J., Korkin S. V., Lyapustin A. I. (2019). Advancements in the Aerosol Robotic Network (AERONET) Version 3 database — automated near-real-time quality control algorithm with improved cloud screening for Sun photometer aerosol optical depth (AOD) measurements. Atmos. Meas. Tech., 12, 169—209.
17. Hansen J., Travis L. D. (1974). Light scattering in planetary atmospheres. Space Sci. Rev., 16, 527—610.
18. Holben B., Eck T., Slutsker I., Tanré D., Buis J., Setzer A., Vermote E., Reagan J., Kaufman Y., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. (1998). AERONET — a federated instrument network and data archive for aerosol characterization.
Remote Sens. Environ., 66, 1—16.
19. Kacenelenbogen M., Vaughan M. A., Redemann J., Hoff R. M., Rogers R. R., Ferrare R. A., Russell P. B., Hostetler C. A., Hair J. W., Holben B. N. (2011). An accuracy assessment of the CALIOP/CALIPSO version 2/version 3 daytime aerosol
extinction product based on a detailed multi-sensor, multi-platform case study. Atmos. Chem. Phys., 11, 3981—4000.
20. Kaufman Y. J. (1993). Aerosol optical thickness and atmospheric path radiance. J. Geophys. Res., 98 (D2), 2677—2692.
21. Lacis A., Mishchenko M. (1995). Climate forcing, climate sensitivity, and climate response: A radiative modeling perspective on atmospheric aerosols. Aerosol Forcing of Climate. Eds. R. J. Charlson, J. Heintzenberg. Jon Wiley&Sons Ltd., 11—42.
22. Levy R. C., Mattoo S., Munchak L. A., Remer L. A., Sayer A. M., Patadia F., Hsu N. C. (2013). The Collection 6 MODIS aerosol products over land and ocean. Atmos. Meas. Tech., 6, 2989—3034.
23. Ma X., F. Yu, Luo G. (2012). Aerosol direct radiative forcing based on GEOS-Chem-APM and uncertainties. Atmos. Chem. Phys., 12, 5563—5581.
24. Milinevsky G., Yatskiv Ya., Degtyaryov O., Syniavskyi I., Mishchenko M., Rosenbush V., Ivanov Yu., Makarov A., Bovchaliuk A., Danylevsky V., Sosonkin M., Moskalov S., Bovchaliuk V., Lukenyuk A., Shymkiv A., Udodov E. (2016). New satellite
project Aerosol-UA: Remote sensing of aerosols in the terrestrial atmosphere. Acta Astronautica, 123, 292—300.
25. Mishchenko M. I., Cairns B., Kopp G., Schueler C. F., Fafaul B. A., Hansen J. E., Hooker R. J., Itchkawich T., Maring H. B., Travis L. D. (2007). Accurate monitoring of terrestrial aerosols and total solar irradiance: introducing the Glory Mission.
Bull. Amer. Meteorol. Soc., 88, 677—691.
26. Myhre G., Stordal F., Bergelen T. F., Sundet J. K., Isaksen I. S. A. (2004). Uncertainties in the radiative forcing due to sulfate aerosols. J. Atmospheric Sci., 61 (5), 485—498.
27. Penner J. E., Andreae M., Annegarn H., Barrie L., Feichter J., Hegg D., Jayaraman A., Leaitch R., Murphy D., Nganga J., Pitari G. (2001). Aerosols, their Direct and Indirect Effects. Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. J. T. Houghton, et al. Cambridge and New York: Cambridge Univ. Press.
28. Standish E. M. (1998). JPL planetary and lunar ephemerides. DE405/LE405, JPL IOM 312.F-98-048.
29. Su X., Goloub P., Chiapello I., Chen H., Ducos F., Li Z. (2010). Aerosol variability over East Asia as seen by POLDER space-borne sensors. J. Geophys. Res., 115, D24215.
30. Young S. A., Vaughan M. A. (2009). The retrieval of profiles of particulate extinction from Cloud-Aerosol Lidar Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) data: Algorithm description. J. Atmos. and Oceanic Technol., 26, 1105—1119.