Test
Download
1 / 31

Test Test Тест Тест - PowerPoint PPT Presentation


  • 209 Views
  • Uploaded on

Test Test Тест Тест. Восстановление высотных профилей оптических характеристик марсианского аэрозоля по лимбовым измерениям спектрометра OMEGA миссии MARS-EXPRESS Майоров Б. С. (ИКИ РАН) Научный руководитель: зав. лаб., к. ф.-м. н. Засова Л. В. (ИКИ РАН).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Test Test Тест Тест' - mauli


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Test Test

ТестТест


Восстановление высотных профилей оптических характеристик марсианского аэрозоля по лимбовым измерениям спектрометра OMEGA миссии MARS-EXPRESS

Майоров Б. С. (ИКИ РАН)

Научный руководитель: зав. лаб., к. ф.-м. н. Засова Л. В. (ИКИ РАН).

Содокладчики: Васильев А. В. (НИИФ СПбГУ),

Bibring J.-P. (L'Institut d'Astrophysique Spatiale, CNRS-Universite de Paris)

08 - 09 апреля 2008 г.Россия, г. Москва, Институт космических исследований РАН.

V конференция молодых учёных

«Фундаментальные и прикладные космические исследования»

2008-04-08. Секция II. Атмосфера, гидросфера и литосфера Земли и планет


Omega

Европейская миссия профилей оптических характеристик марсианского аэрозоля по лимбовым измерениям спектрометра OMEGA миссии MARS-EXPRESSMars-express (запуск 2 июня 2003 г.; космодром Байконур)

Орбитальный космический аппарат: с 26 декабря 2003 г. искусственный спутник Марса.

Картирующий спектрометр видимого и инфракрасного спектральных диапазонов для исследования минерального состава поверхности Марса.

Российское участие:

сканирующее устройство

Описание миссии и прибора OMEGA.


Omega1

Некоторые характеристики профилей оптических характеристик марсианского аэрозоля по лимбовым измерениям спектрометра OMEGA миссии MARS-EXPRESSспектрометра:

Спектральный диапазон:

VNIR канал SWIR канал

Спектральный диапазон:0.37 ÷ 1.05 мкм 0.93 ÷ 2.73 и 2.55 ÷ 5.1 мкм

Спектрал. дискретизация: 0.0045 - 0.007 мкм 0.013 мкм 0.020 мкм

Простран. дискретизация:0.4 мрад 1.2 мрад (мгновенное FOV)

на лимбе (с 300 км): ≥ 0.6км ≥ 2 км

Описание прибора OMEGA.


Omega2

Примеры лимбовых измерений профилей оптических характеристик марсианского аэрозоля по лимбовым измерениям спектрометра OMEGA миссии MARS-EXPRESS:

- Орбита№ 0285.

- Первое наблюдение на орбите № 0291

Координаты лимба:

долгота: 13° E

широта: - 44° N

Пиксель # 2 сканера

Лимбовые измерения OMEGA.

Пиксели сканера

Пиксели сканера


Сферическая симметрия: профилей оптических характеристик марсианского аэрозоля по лимбовым измерениям спектрометра OMEGA миссии MARS-EXPRESS

Модельпланеты, приближения.

C – центр планеты

  • Сферическая форма твёрдого тела планеты с радиусом R > 0;

  • Сферически-симметричные свойства атмосферы и поверхности.


Геометрия орбитальных наблюдений.

Базируется на точкенаблюдения D (точка детектора или наблюдения).

Детектор не может быть внутри твёрдого тела планеты ( );

- единичный вектор внешней нормали в точке D.


Геометрия орбитальных наблюдений.

- единичный вектор направления на Солнце.

(Солнце бесконечно далеко от области наблюдений: нет параллакса).


Геометрия орбитальных наблюдений.

- единичный вектор направления визирования.

4 независимых параметра полностью определяют геометрию наблюдений.


OMEGA наблюдений. и др. орбитальные приборы используютгеометрию (i, e, φ, s, ht):

Общепринятая орбитальная геометрия.

Преобразованиякоординат:


Общепринятое описание не чувствительно к:

- направлению FOV;

- моде наблюдений (поверхность или лимб) без использования ht.

Особенности орбитальной геометрии.

Критерий для моды наблюдений (только для тупого угла zv; IFOV=0):

- наблюдение поверхности,

- разрыв интенсивности и атмосферного пропускания,

- Лимбовые наблюдения


Omega3

Лимбовые измерения чувствительно кOMEGA.


- чувствительно кФеноменологический подход (излучение – поток энергии)

Спектральная(по , монохроматическая)интенсивность(вДПСК Cxyz):

Общая теория и приближения

- Единичный вектор направления; t – время.

n – показатель преломления;

- коэффициент экстинкции;

- коэффициент излучения.

- Нет поляризации.

- Линейная теория (для процессов ослабления и генерации излучения).

- Нет перераспределения энергии по длинам волн.

Скалярное уравнение переноса излучения (в дифференциальной форме):

- Стационарность поля излучения:

- , нет рефракции .

Скалярное стационарное уравнение переноса излучения в инвариантной форме:


  • - Падающее солнечное излучение представляет собой пучок параллельно распространяющихся фотонов.

  • Элементарный объём среды изотропен для падающего излучения, а индикатриса рассеяния аксиально-симметрична.

Другие приближения


  • Радиационный код представляет собой пучок параллельно распространяющихся фотоновSCATRD[Васильев, 2006] для вычисления интенсивности рассеянногосолнечного излучения в сферической атмосфере.

  • Адаптация к орбитальной моде спектрометрических наблюдений:

  • код SCATRD-OFOS [Майоров и Васильев, 2006]

  • Интернет-сайт: http://spectrum.iki.rssi.ru/optics/

  • Особенности кода:

  • - оптические параметры атмосферынепрерывные кусочно-линейные функции высоты (неоднородные слои);

  • - таблично-заданные (произвольные) индикатрисы рассеяния;

  • - изотропно отражающая поверхность;

  • возможность вычисления приближенииоднократного и двукратного рассеяния по точным формулам (для многократного рассеяния метод Монте-Карло);

  • тепловое излучение не учитывается;

  • детальные настройки расчётов;

  • - подробное описание;

  • - работа над совершенствованием кода продолжается.

Радиационный код


Надирные измерения: существенный вклад поверхности в спектр (свойства изменяются в пространстве, если нет пылевой бури).

Лимбовые измерения: для определения свойств аэрозоля (атмосферы).

Цель исследования.

Получить из этих данных оптические свойства марсианской аэрозольной среды

(разработка алгоритма)


Omega4

  • Орбита существенный вклад поверхности в спектр (свойства изменяются в пространстве, если нет пылевой бури).№ 291, первое наблюдение.

  • - λ = 1.227μm.

  • - 54 узла по высоте, задающих свойства («аэрозольной») атмосферы:

  • от поверхности (h=0 км) до верхней границы (h = 53 км).

  • -Параметризация аэрозоля:[Ockert-Bell M. E. et a., 1997]

  • Henye-Greenstein индикатриса

  • -

  • -

  • - Радиус Марса R = 3395 км ([Allen, 1973]).

  • - Ошибка расчётов методом Монте-Карло≤ 1 %.

  • FOV не учитывалось.

  • [Mayorov et al., 2006]

Анализ лимбовых данных OMEGA.


Omega5

First rough estimation: calculation for exponentially distributed aerosol:

Анализ лимбовых данных OMEGA.


Omega6

Retrieving vertical distribution of aerosol: analogically to "onion peeling" technique.

Результатыанализа данных OMEGA.


Были проанализированы данные спектрометра OMEGA в диапазоне длин волн от 0.4 до 3.4 мкм, в котором были выбраны участки свободные от полос поглощения газов (CO2, H2O,CO и др.) с учётом разрешения прибора. Выбраны аэрозольные каналы для анализа данных спектрометра OMEGA.

Выбор аэрозольных каналов.


Выбранные аэрозольные каналы для анализа данных спектрометра OMEGA

Список аэрозольных каналов.


Omega7

Лимбовые измерения для анализа данных спектрометра OMEGA.


Аэрозольная оптическая модель для анализа данных спектрометра может быть записана как функция

Аэрозоль: однородные сферические частицы => оптические свойства полностью определяются микрофизическими параметрами (комплексным показателем преломления вещества фракций; концентрацией частиц отдельных мод фракций, их функциями распределения по размерам).

Параметризация свойств аэрозоля

I – общее число мод функции распределения аэрозольных частиц по размерам (с учётом всех фракций);

ni(h)– счётные концентрации частиц каждой моды, зависящие от высотыh;

mi(λ) – комплексный показатель преломления вещества каждой фракции;

pi,,k(h) - параметры функции распределения частиц по размерам для каждой модыk= 1,…, K(i)параметров;

x( ) – известный алгоритм расчёта оптических параметров ансамбля частиц для единичной концентрации.

  • Мало-параметрическая модель (минимизируем количество параметров):

  • в составе аэрозолей доминирует одно вещество (mi(λ) - фиксированная функция);

  • число параметров функции распределения частиц по радиусам = 2;

  • - число мод распределения = 1.


Параметризация свойств аэрозоля для анализа данных спектрометра

Параметризация спектральной зависимости характеристик аэрозолей Марса.

Параметра(-функции) всего три: профили концентрации частиц n(h)и профили параметров функции распределенияp1(h), p2(h). При этом зависимость от концентрации линейная.

Это позволяет перейти непосредственно к параметризации спектрального хода оптических аэрозольных характеристик – функции подлежащие определению параметры модели уже не зависят от длины волны. Задав на определённой высоте концентрацию аэрозолей и параметры функции распределения, находим требуемые оптические характеристикиX. Учитывая возможности современных компьютеров, для указанной аппроксимации предлагается предварительная табуляция функции на заданных сетках параметров.

Задача параметризации спектрального хода оптических аэрозольных характеристик решена не в традиционном стиле аналитической аппроксимации, а в современном, основанным на возможностях сегодняшней вычислительной техники.


Код параметризации свойств аэрозоля

  • Компьютерные коды CompAM, реализующие параметрическую аэрозольную модель.

  • [Майоров и Васильев, 2008].

  • Интернет-страница: http://spectrum.iki.rssi.ru/optics/

  • Особенности кода:

  • - сначала генерируется база данных, хранящая таблицу, а затем используется и собственно функция параметризации, выдающая значения оптических характеристик xпо конкретно заданным значениям λ, p1, p2.

  • - табуляция характеристик аэрозоля с заданной точностью (неравномерная трёхмерная таблица).

  • - извлечение данных для произвольных значений осуществляется трёхмерной линейной интерполяцией по таблице.

  • реализация параметризации выполнена в достаточно общем виде: предусмотрено задание произвольных аэрозольных веществ и нескольких функций распределения частиц по размерам.

  • детальные настройки расчётов;

  • подробное описание;

  • работа над совершенствованием кода продолжается.


Для рассматриваемой нами задачи в качестве аэрозольного вещества для атмосферы Марса использовались данные по комплексному показателю преломления из полуэмпирической модели [Ockert-Bell и др., 1997]. Распределение частиц по радиусам – модифицированное гамма-распределение

Параметризация свойств аэрозоля Марса

Для уменьшения числа параметров мы зафиксировали при параметризации значение [Korablev и др., 2005], т. е. рассматривали функцию распределения с двумя параметрами: rm-модальный радиус (в мкм),

α - безразмерный (отвечающий за ширину распределения).


Omega8

Экспоненциальное распределение аэрозоля (n0 = 2 см-3, H0 = 10 км, rm=0.05мкм,α=1.5)

Анализ лимбовых данных OMEGA.


Omega9

Экспоненциальное распределение аэрозоля (n0 = 2 см-3, H0 = 10 км, rm=0.05мкм,α=1.5)

Результаты анализа данных OMEGA.

Фиксированное значение параметра ширины распределения частиц по размерамα=1.5)


Выводы. аэрозоля (

- Радиационный код SCATRD успешно адаптирован к орбитальным спектрометрическим измерениям (код SCATRD-OFOS).

- Предложена параметризация спектральной зависимости оптических характеристик аэрозолей с малым числом параметров (код CompAM) (для задач дистанционного зондирования атмосферы Марса).

- На основе созданных авторами вышеуказанных кодов разработан алгоритм восстановления высотных профилей микрофизических параметров аэрозоля из орбитальных (лимбовых) спектрометрических измерений (для спектрометра OMEGA миссии Mars-Express).


  • - Радиационный код аэрозоля (SCATRD и его применение к орбитальным спектрометрическим измерениям (код SCATRD-OFOS).

  • - Код параметризации спектральной зависимости оптических характеристик аэрозоля CompAM (прежде всего, для задач дистанционного зондирования атмосферы Марса).

  • Восстановление высотных профилей микрофизических параметров аэрозоля из орбитальных (лимбовых) спектрометрических измерений (для спектрометра OMEGA миссии Mars-Express) в полностью автоматическом режиме с применением производных и МНК.

  • Учёт FOV.

Дальнейшая работа.


Спасибо за внимание! аэрозоля (

Вопросы?


ad