Введение
Атмосферное зондирование или атмосферное профилирование - это измерение вертикального распределения физических свойств атмосферного столба, таких как давление, температура, скорость и направление ветра (таким образом, получается сдвиг ветра), содержание жидкой воды, концентрация озона, загрязнение и другие свойства. Такие измерения выполняются различными способами, включая дистанционное зондирование и наблюдения in situ. Наиболее распространенным методом зондирования на месте является радиозонд, который обычно представляет собой метеорологический воздушный шар, но также может быть ракетным зондом. В дистанционных зондировании обычно используются пассивные инфракрасные и микроволновые радиометры: воздушные приборы наземные станции Земля, наблюдающие спутниковые приборы, такие как AIRS и AMSU, наблюдение за атмосферами на разных планетах, такие как марсианский климатический зондер на орбите Mars Reconnaissance Orbiter
airborne instruments
surface stations
Earth observing satellite instruments such as AIRS and AMSU
observation of atmospheres on different planets, such as the Mars climate sounder on the Mars Reconnaissance Orbiter
Прямые методы
Датчики, которые измеряют составляющие атмосферы напрямую, такие как термометры, барометры и датчики влажности, могут быть отправлены в воздух на воздушных шарах, ракетах или дропсондах. Они также могут быть установлены на корпусах кораблей и самолетов или даже на башнях. В этом случае для записи измерений требуются только запоминающие устройства и/или транспондеры.
Косвенные методы
Более сложный случай включает в себя датчики, в основном спутниковые, такие как радиометры, оптические датчики, радары, лидар и потолочный измеритель, а также содар, поскольку они не могут измерять количество интереса, такое как температура, давление, влажность и т. Д., Непосредственно. Понимая процессы излучения и поглощения, мы можем выяснить, что инструмент видит между слоями атмосферы. Хотя этот тип прибора также может управляться с наземных станций или транспортных средств, оптические методы также могут использоваться внутри приборов in situ, спутниковые приборы особенно важны из-за их обширного, регулярного покрытия. Например, приборы AMSU, установленные на трех спутниках NOAA и двух спутниках EUMETSAT, могут за меньше чем один день взять образцы из всего земного шара с разрешением более одного градуса. Мы можем различать два широких класса датчиков: активные, такие как радар, которые имеют свой собственный источник, и пассивные, которые обнаруживают только то, что уже есть. Для пассивного прибора может быть множество источников, включая рассеянное излучение, свет, излучаемый непосредственно Солнцем, Луной или звездами, - более подходящий в визуальном или ультрафиолетовом диапазоне, - а также свет, излучаемый от теплых объектов, который более подходящий в микроволновом и инфракрасном диапазоне.
Геометрия просмотра
Зондер для измерения конечностей смотрит на край атмосферы, где он виден над Землей. Он делает это одним из двух способов: либо он отслеживает Солнце, Луну, звезду или другой спутник, передающий излучение через крайние конечности, поскольку источник скрывается за Землей, либо он смотрит в пустое пространство, собирая излучение, рассеянное из одного из этих источников. Напротив, саундэр на низине смотрит вниз (на низине) через атмосферу на поверхность. Прибор SCIAMACHY работает во всех трех этих режимах. Зенитный зондер смотрит вверх (на зенит) с места на земле.
Способы растворения
Если проблема линейная, мы можем использовать какой-то тип метода обратной матрицы. Часто проблема плохо поставлена или нестабильна, поэтому нам нужно ее регуляризировать: хорошие, простые методы включают нормальное уравнение или декомпозицию единственного значения. Если проблема слабо нелинейная, то итеративный метод, такой как Ньютон-Рафсон, может быть подходящим. Иногда физика слишком сложна для точной моделирования или передовая модель слишком медленна, чтобы эффективно использоваться в обратном методе. В этом случае используются статистические или машинные методы обучения, такие как линейная регрессия, нейронные сети, статистическая классификация, оценка ядра и т. д. может быть использована для формирования обратной модели, основанной на коллекции упорядоченных пар образцов, отображающих пространство состояния в пространство измерения, то есть, они могут быть созданы либо из моделейe. g. векторы состояния из динамических моделей и векторы измерения из радиационного переноса или аналогичных перспективных моделей или из прямого эмпирического измерения. Другие случаи, когда статистический метод может быть более подходящим, включают в себя высоконелинейные проблемы.