Н. Игнатьев. ИКИ РАН
DESCRIPTION
Моделирование переноса излучения в атмосферах планет и наблюдаемых спектров на примере проектов Mars Express и Venus Express. Н. Игнатьев. ИКИ РАН. Mars Express Спектрометры PFS, SPICAM, OMEGA Venus Express VIRTIS (-H, -M), SPICAV/SOIR, PFS. Спектр Марса. Спектр Венеры. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Моделирование переноса излучения в атмосферах планет и наблюдаемых спектров на примере проектов Mars
Express и Venus Express
Н. Игнатьев. ИКИ РАН
Mars ExpressСпектрометры PFS, SPICAM, OMEGA
Venus ExpressVIRTIS (-H, -M), SPICAV/SOIR, PFS
Спектр Марса
Спектр Венеры
Моделирование переноса излучения и измеряемых спектров
• Газовое поглощение• Рассеяние излучения аэрозольными
частицами• Решение уравнения переноса излучения
Интенсивность излучения (спектр), интегральные потоки, производные интенсивности по параметрам атмосферы и т. д.
Газовое поглощение
• Полинейная модель (Line-by-line)=
• Отклонения от line-by-line – Интерференция состояний (line mixing)
Спектроскоспические базы данных
• HITRAN (Rothman et al.) / GEISA• High-T CO2 (Pollack et al., 1993), HITEMP (High temperature
HITRAN), CDSD (Carbon dioxide spectroscopic database, Ташкун и др.)
• Прочие базы данных и источникиПараметры линий
, , квантовые числа
Алгоритмы расчета газового поглощения
• Собственные• “Cтандартные”: FASCODE, LBLRTM• Эффективные (напр., с
неравномерной сеткой)• Эффективные алгоритмы расчета
фойгтовского контура (напр., Kuntz, 1997).
Перенос излучения
Перенос излучения
• Без учета рассеяния
• С учетом рассеяния – Приближенные (двухпотоковые)– Методы дискретных ординат и сферических гармоник
(DISORT / SHDOM)– Удвоение слоев, матричный оператор– Метод последовательных порядков рассеяния– Монте-Карло
Особенности для Марса и Венеры
• Уширение линий в атмосфере СО2 • Марс: в остальном трудностей не представляет
– Line cut-off 10 см-1, за исключением СО2 (особенно коротковолнового крыла полосы 4.3 мкм).
– за исключением Q-ветвей полосы СО2 15 мкм– отклонения от ЛТР в 4.3 мкм– Точность спектроскопических данных
• Венера: значительные трудности вследствие высокого давления
Спектр Марса (PFS/Mars Express)
H2O
CO
CO2
Спектр Венеры (Венера-15)
Спектр ночной стороны Венеры
• Т до 750 К• P до 92 атм• Оптические пути
до 500 км амага• Слабые полосы
СО2
• Полосы, индуцированные давлением, интерференция линий
• Поглощение в крыле
Спектр ночной стороны Венеры (VIRTIS-H)
Marcq et al. (2008)
Теоретические методы
• Ma & Tipping (90 е гг.)• Теория далекого крыла (Творогов и др.)
• Интерференция состояний (Hartmann, Филиппов и др.)
(Афанасенко, Родин)
Практический метод для моделирования спектров (Bezard, Marq et al., Haus, Kappel et al, Tsang, Irwin et al.)
• Bezard et al., 2011
SPICAV & VIRTIS-M / Venus Express (Bezard et al., 2011, 2009)
VIRTIS-M (Haus et al., 2010)
Неопределенность континуального поглощения
Tsang et al., 2008
Интерференция состояний (line-mixing)
• В центрах полос (Tran et al., 2011), 51 амага
• В крыльях полос
• Интерполяция коэффициентов поглощения• Загрубление сетки по волновому числу (напр., для PFS
Haus & Titov, 1997)• Приближение Curtis-Godson – замена неоднородного пути
однородным с эффективными T, p• (T, p) - интерполяция свернутых функций пропускания
(Венера-15, PFS, VIRTIS: Zasova, Grassi)• Сингулярное разложение матрицы (Strow et al., 1998)• Spectral mapping (Meadows & Crisp, 1996)• Correlated-k distributions (Lacis & Oinas, 1991)
Быстрые методы моделирования переноса излучения и расчета спектров
Восстановление Т-профиля в атмосфере Венеры (60-90 км) по полосе СО2 4,3 мкм по данным VIRTIS-M с интерполяцией ф-й
пропускания
Zasova et al., 2005
Восстановление Т-профиля в атмосфере Венеры (60-90 км) по полосе СО2 4,3 мкм по данным VIRTIS-M с интерполяцией ф-й
пропускания
(Grassi et al., 2008; сдвиг на 0.005 ед.)
Проблема: точный расчет с рассеянием возможен только с монохроматическими поглощениями
Решения• Монте-Карло (для интегральных потоков)• Загрубление сетки, напр. 1 см-1
• Spectral mapping (D. Crisp)• Метод k-распределения (KD k-distribution,
CKD – correlated k-distribution)
Метод к-распределения (k-distribution)
Correlated-k distribution для Венеры (Tsang et al., 2008)