بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تاثیر خطوط اوزون بر دماي تابشی کانال هاي گمانه زن ماکروویو پیشرفته واحد - AMSU-A - A با استفاده از مدل شبیه ساز انتقال تابش جوي - ARTS - مورد بررسی قرار گرفت. براي این منظور ابتدا با استفاده از مدل ARTS طیف جذبی اوزون در گستره طیفی 10 تا 200 گیگاهرتز شبیه سازي و سپس فرکانسهاي کانالهاي مختلف گمانه زن AMSU-A بر آن نهاده شد. پس از انطباق کانالهاي فوق مشخص گردید که کانال هاي 5 و 8 سنجنده AMSU-A در پیک خطوط جذب قوي اوزون قرار دارند و بنابراین دماي تابشی این کانالها متاثر از حضور اوزون در جو می باشد. در ادامه با محاسبه ژاکوبین - توابع وزن - اوزون براي کانال هاي فوق مشخص شد که توزیع اوزون در ارتفاعات 25 تا 30 کیلومتري بیشترین تاثیر را بر این کانالها دارد.
مقدمه
مدل شبیه ساز انتقال تابش جوي [1] - ARTS - یک نرم افزار براي شبیه سازي هاي انتقال تابش در جو می باشد. این مدل، یک مدل نسبتا عمومی و قابل انعطاف است، به طوریکه به سادگی می توان ویژگی هاي جدید محاسبات را به آن افزود.
در اصل گسترش مدل ARTS با بحث در مورد اندازه گیري طول موج هاي میلیمتري و تحت میلیمتري غیرفعال شروع شده است. منبع چنین تابشی - تابش حرارتی - گسیل از جو و همچنین سطح زمین است.
تابش حرارتی - مادون قرمز - نیز از همان اصول فیزیکی پایه تبعیت می کند و بنابراین این ناحیه طول موجی اکنون به خوبی در مدل ARTS بکار می رود. اما روش هایی براي ابشپراکندگی ت خورشیدي در مدل ARTS اختصاص داده نشده است. و بنابراین شبیه سازي به طول موج هاي بلند - ماکروویو و فروسرخ حرارتی - محدود می شود. بنابراین مدل ARTS می تواند براي مطالعات اساسی شارهاي تابشی طول موج بلند بکارو رود.
براي مثال بوهلر همکاران [2] و سپس جان و همکاران [3] برخی از پشتیبانی ها براي محاسبه لینک هاي رادیویی به آن افزوده شده است. یکازی کاربردهايمدلاصلی ARTS اجراي بازیابی ها براي داده هاي سنجش از دور می باشد. این مدل هنگام تعریف هندسه مشاهده - شامل ویژگی هاي جاروبگر - و خصوصیات سنسور است.
ژاکوبین - توابع وزنی - نیز در آن موجود است.
در حال حاضر دو نسخه از مدل ARTS موجود است که در این پروژه از نسخه دوم آن [4] استفاده شده است. اولین نسخه [5] - ARTS-1 - فقط می تواند انتقال تابش هاي جوي غیر قطبیده یک بعدي، بدون در نظر گرفتن پراکندگی، را شبیه سازي می کند. این محدودیت در نسخه جاري - نسخه دوم - رفع شده است. یک جمع بندي کوتاه از ویژگی هاي اصلی مدل ARTS عبارتند از : جو می تواند یک بعدي، دو بعدي یا سه بعدي در نظر گرفته شود، یعنی متغیر هاي جوي - دما ،غلظت گاز و غیره - می توانند فقط در راستاي عمود تغییر کنند - - 1D، یا تغییر می تواند در راستاي افقی و عمودي باشد - 2D - یا اگر تغییر در هر سه بعد فضایی باشد . - 3D - به صورت پیش فرض، سطح کروي در نظر گرفته می شود.
برادوي بعد و سه بعد یک بیضی مرجع کامل بکار می رود و سطح می تواند شکلی دلخواه داشته باشد . قطبش به صورت کامل، بر اساس روش فرمولبندي استوکس توصیف می شود. پراکندگی را به چندین روش یا شیوه می توان در نظر گرفت. انهدام پراکننده ها می تواند در نوع محاسبات انتقال تابش در نظر گرفتهذرات شود. پراکنندهجعبه به ناحیه اي از جو که ي ابر - Cloud box - نامیده می شود محدود شده اند.
هندسه مشاهده ، آزاد است. یعنی مدلپیش رو میتواند براي شبیه سازي اندازه گیري هاي زمین مبنا، نگاه به پایین، گمانه زن لبه اي و گمانه زنی بالن یا هواپیما بکار رود. خصوصیات سنسور می تواند روش انعطاف پذیر و کارآمد را در بر بگیرد. ژاکوبین، مشتقات جزیی اندازه گیري شبیه سازي شده است که در متغییر هاي مدل پیش رو براي تعدادي از متغییر ها می تواند فراهم شود، در حالیکه بیان تحلیلی تا حد ممکن مورد استفاده قرار میگیرد. جزییات کامل استفاده و چگونگیمدلاجراي ARTS را می توان در راهنماي کاربر آن [1] مشاهده کرد.
واحد گمانه زن مایکروویو پیشرفته
واحد گمانه زن مایکروویو پیشرفته AMSU - مدول - داراي دو AMSU-A و AMSU-B است و از سال 1998 در ارتفاع 850 کیلومتري بر روي ماهواره هاي مدارقطبی NOAA عملیاتی می باشد. تابش سنج AMSU-A داراي 15 کانالخطوطدرنزدیکی جذبی اکسیژن زیر 60 گیگاهرتز و چهار کانال پنجره جودري 23.8، 31.4، 50.3 و 89 گیگاهرتز دارد. گمانه زن AMSU-B دو کانال پنجره جوي در 89 و 150 گیگاهرتز و سه کانال به مرکزیت خط جذب قوي بخار آب در 183.31 گیگاهرتزمطابق دارد - جدول . - 1 این دو ابزار سنجش بترتیب میدان دید لحظه اي .3و3
1.1 درجه و تعداد 30 و 90 نمونه برداري در هر عرض برداشت
دارند. بنابراین زاویه جاروب مشاهدات AMSU از -48 تا + 48 درجه تغییر می کند. مشخصات کانالهاي هر دو تابش سنج AMSU-A و AMSU-B در جدول 1 و تفسیر کامل گمانه زن AMSU در مرجع [6] یافت می شود .
جدول: 1 ویژگی هاي کانال هاي کانال هاي گمانه زن ماکروویو پیشرفته
روش انجام کار
ابتدا با استفاده از مدل ARTS طیف جذبی اوزون در گستره طیفی 10 تا 200 گیگاهرتز شبیه سازي شده است. موقعیت سنسور در ارتفاع 850 کیلومتري تنظیم شده و زاویه مشاهده، که از راستاي قائم اندازه گیري می شود، در این مطالعه براي هندسه دید نادیر، یعنی نقطه زیرین ماهواره، 180 درجه و ابعاد اتمسفر یک بعدي در نظر گرفته شده است. نماي استاندارد داده هاي جو زمیندر سناریوي تابستان عرضهاي میانی - MLS - موجود در مدل ARTS - از قبیل دما ، فشار ، غلظت و ... - براي انجام شبیه سازي بکار رفته است.
عناصر جاذب متعددي در جو از جمله اوزون - O3 - ، اکسیژن - O2 - ، نیتروژن - N2 - و بخار آب - H2O - و ... وجود دارند، که با توجه به اهداف این مقاله، فقط طیف جذبی اوزون - O3 - شبیه سازي شده است. پس از تنظیمات اولیه، براي محاسبه ضریب جذب اوزون در گستره فرکانسیکه 10 تا 200 گیگاهرتز در برگیرنده کلیه کانالهاي گمان زن مایکروویو پیشرفته - AMSU - می باشد، مدل اجرا گردید. نتایج شبیه سازيشدهدر شکل 1 داده است.
در شکل 1، فرکانس هر 20 کانال گمانه زن AMSU
- شامل هر دو مدول A و - B بر طیف جذبی اوزون نهاده شده اند. پس از انطباق کانالهاي فوق مشاهده می شود که برخی از پاس باندهاي گمانه زن AMSU-A و AMSU-B در طیف جذب قوي اوزون و بعضی دیگر در طیف جذب ضعیف اوزون قرار دارند.
شکل: 1 انطباق فرکانسهاي کانالهاي مختلف سنجنده AMSU-A & B بر طیف جذبی اوزون.
براي بررسی تاثیر اوزون بر کانالهاي گمانه زن AMSU-A، بخشی از طیف جذبی اوزن که در برگیرنده کانالهايباشد، 3 تا 14 می بطور جداگانه و برجسته در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که از شکل 1 مشاهده می شود کانالهاي 1 و 2 این گمانه زن در خطوط جذبی اوزون قرار ندارند و بنابراین متاثر از اوزون نمی باشند و در شکل 2 نشان داده نشده اند. از شکل 2 پیداست که پاس باند بالایی کانال 5 و پاس باند پایینی کانال 8 گمانه زن AMSU-A تقریبا در پیک خطوط جذب قوي اوزون قرار دارند. در نتیجه وجود اوزون می تواند بر دماي تابشی این دو کانال تاثیر بگذارد.
شکل: 2 موقعیت کانال هاي 3 تا 14 سنجنده AMSU-A براي سناریوي MLS پهناي باند بالایی کانال 5 و پهناي باند پایینی کانال 8 روي خط جذب قوي اوزون قرار دارند.
