Очередной Конгресс МАМФА включал в себя более 30 симпозиумов по различным направлениям современных исследований в области атмосферы. На открытии Конгресса и первом пленарном заседании выступил сэр Д. Хоттон (Англия) с обзором основных результатов Рабочей Группы по изменению климата Земли (Anthropegenic Climate Change, IPCC’s 2001 Assessment). В докладе был дан обзор подготовленных международной рабочей группой различных документов. Эти материалы можно найти в Интернете. В большинстве своем представленные данные в докладе известны специалистам и характеризовали различные аспекты современных исследований по климату Земли.

Стоит отметить также выступление на пленарном заседании представителя Австрии (R. Anthes) с научно-футорологическим докладом о состоянии прогноза погоды в 2025 году. В докладе подчеркивается существенное ожидаемое повышение достоверности прогнозов различной заблаговременности в ближайшее двадцатипятилетие за счет существенного повышения пространственного разрешения численных моделей атмосферы, повышения точности спутникового зондирования и мощности вычислительной техники. Последним в этом списке, по мысли докладчика, стоит улучшение понимания и описания атмосферных процессов, с чем, вероятно, согласятся не все ученые.

В связи с параллельным проведением большого числа Симпозиумов удалось посетить и прослушать только относительно небольшое число Симпозиумов и докладов (по сравнению с общим числом докладов). Отметим также в ряде случаев значительное перекрывание тематики различных Симпозиумов, что также не облегчало знакомство с представленными докладами.

Так, представители Европейского Космического Агентства рассказали о научных приборах спутника ЕNVISAT, предназначенные для зондирования атмосферы. Особое внимание было уделено трем приборам. Лимбовый интерферометр MIPAS будет измерять излучение горизонта Земли в средней ИК области спектра с высоким спектральным разрешением. Его основная задача - получение данных о вертикальных профилях температуры, влажности, содержания озона и многих других малых газовых составляющих атмосферы в глобальном масштабе. Эти данные будут использованы в различных научных исследованиях физики и химии атмосферы.

Третий прибор для атмосферных исследований – SCIMACHI - в отличие от первых двух будет использовать различные схемы измерений – надирную и лимбовую над освещенной стороной планеты, а также использовать Солнце и Луну для затменного зондирования атмосферы. Этот прибор имеет несколько тысяч спектральных каналов измерений в УФ, видимой и ближней ИК областях спектра. Его целью является получение информации о газовом и аэрозольном составе атмосферы, характеристик подстилающей поверхности и облаков в глобальном масштабе. Отметим, что упрощенный вариант прибора SCIAMACHI успешно функционирует уже более пяти лет на европейском спутнике ERS-2.

На Симпозиуме “Спутниковое зондирование атмосферы” был представлен Ю.М. Тимофеевым упоминавшийся ранее доклад по зондированию атмосферы с помощью излучения звезд. В первой методической части доклада были представлены результаты численных оценок потенциальной точности определения вертикального профиля содержания озона при наличии различного характера мерцаний звезд из-за неоднородностей атмосферы слоистого типа. На основе разработанной в ИФА РАН модели мерцаний (основанной на многочисленных экспериментах на станциях САЛЮТ и МИР) было показано, что при неопределенности в задании меняющегося (в пространстве и во времени) характера мерцаний погрешности определения содержания озона могут возрастать существенно (на 2-5% и более, особенно в нижней стратосфере). Во второй части доклада был представлен пример восстановления вертикальных профилей содержания озона, NO₃ и аэрозольного ослабления по данным измерений американского прибора UVISI, функционировавшего на американском спутнике MSX. Сопоставление результатов спутникового определения содержания озона с независимыми лидарными измерениями показало, что отличие между ними составляет 10-20%. Общий вывод доклада состоит в том, что наличие мерцаний излучения звезд препятствует определению содержания озона с погрешностью 1-2%.

Отметим стендовый доклад большого числа авторов из разных стран, в том числе из России (ИФА РАН и СПбГУ) по валидации упоминавшихся выше спутниковых измерений содержания угарного газа. Хотя на время представления доклада общее число сопоставлений спутниковых и наземных измерений было еще невелико, можно считать, что наземные измерения (в том числе и российские - Звенигород и С.Петербург) сыграли значительную роль в уточнении характеристик прибора MOPITT и доработке методики интерпретации.

В докладе М. Халей и др. сообщалось об успешном запуске 20.02.2001 г. шведско-финско- канадского спутника OSIRIS и начале его функционирования. На этом малом и дешевом спутнике (стоимость его изготовления составляла 45 млн. долларов США) предполагается проводить в течение двух лет ряд атмосферных и астрофизических исследований. Этот спутник оснащен прибором ODIN – спектофотометром для лимбовового зондирования по рассеянному солнечному излучению. Спектрометр имеет большое число каналов в спектральной области 280-800 нм (разрешение 1 нм) с полем зрения по пространству 1x40 км. С помощью этого прибора запланировано проведение исследований газового и аэрозольного состава атмосферы.

Вторым прибором на спутнике OSIRIS является субмиллиметровый радиометр для измерений излучения горизонта Земли для определения вертикальных профилей содержания большого числа атмосферных газов: озона, водяного пара, кислорода и т.д.

Как на рецензируемом Симпозиуме, так и на других Симпозиумах был ряд докладов, посвященных зондированию атмосферы с помощью рефракционных радиоволновых измерений с использованием различных спутников. Отметим, что к исследованию и внедрению этого перспективного метода зондирования вертикальных профилей температуры и содержания водяного пара проявляют интерес ученые из многих стран. Наряду с методическими исследованиями (точности зондирования атмосферы на разных высотах, применение методов томографии и т.д.), приводились примеры обработки данных измерений различных спутников.

Значительное внимание на различных Симпозиумах уделялось спутниковым измерениям характеристик атмосферного аэрозоля. При этом присутствовали доклады, характеризующие высокий уровень исследований в этом направлении как с помощью хорошо известных приборов типа AVHHR, так и относительно новых приборов, например, POLDER. Этот прибор характеризуется достаточно высоким пространственным разрешением для рассматриваемой задачи (6x7 км), наблюдениями в 9 спектральных интервалах видимой и ближней ИК областях, возможностью использования наблюдений одних и тех же объемов атмосферы под 14 углами и, наконец, поляризационными измерениями. Это позволяет определять с его помощью не только оптические характеристики аэрозолей и облаков, но и их микрофизические параметры.

Оригинальный проект был представлен в докладе Valero, в котором описан новый спутник (TRIANA), который будет запущен в ближайшее время в специальную “точку” космического пространства (лагранжеву точку), в которой спутник будет постоянно находиться относительно Земли. Этот проект (First Deep Space Climate Observatory) позволит исследовать радиационные потоки, излучаемые и отражаемые Землей как планетой с очень больших расстояний. Приборы, устанавливаемые на этот спутник, будут измерять радиационный баланс Земли как планеты, а также вести картирование Земли с пространственным разрешением 8 км в 10 спектральных интервалах в области 317.5 –905 нм.

Отметим также доклад, представленный Д. Гилли, в котором были приведены характеристики нового радиометра HIRDLS, предназначенного для определения трехмерных глобальных полей температуры и газового состава атмосферы в широком диапазоне высот (от верхней стратосферы до 80 км) с высоким горизонтальным разрешением. Однако приведенные докладчиком погрешности будущих измерений ряда параметров атмосферы (например, озона) явно занижены. Это связано, в частности, с трудностями восстановления озона в дневное время в условиях нарушений ЛТР прибором HIRDLS, имеющего относительно низкое спектральное разрешение и относительно малое количество спектральных каналов измерений. Это не позволит решать соответствующую обратную задачу без привлечения большого объема дополнительной априорной информации - моделей заселения возбужденных состояний молекулы озона, адекватность которых не соответствует современным требованиям.

Аналогичное замечание можно сделать и по отношению к докладу Dr.Mlynczek, в котором было дано описание радиометра SABER и его будущие точности измерений атмосферных параметров.

Здесь следует отметить, что если европейские ученые (K.Grossmann, H. Fisher) при зондирование верхних слоев атмосферы по измерениям излучения горизонта планеты идут по пути создания приборов относительно высокого спектрального разрешения, что позволяет в ряде случаев решать обратные задачи без привлечения большого объема дополнительной априорной информации, то американские ученые идут по пути создания приборов среднего или низкого спектрального разрешения. Хотя второй путь позволяет создавать более простые и более надежные спутниковые приборы, первый, с физической точки зрения, более перспективен. Он менее зависит от качества привлекаемой дополнительной априорной информации и более информативен, т. к. основную информацию о состоянии атмосферы он извлекает из самих измерений уходящего излучения.

К спутниковой тематике по сути относился доклад Тимофеева Ю.М. и других авторов из СПбГУ и ИФА РАН, посвященный валидации измерений общих содержаний озона и NO₂ с помощью известного прибора GOME. На многочисленных примерах сопоставлений спутниковых данных с данными российской наземной сети измерений общих содержаний озона (различные периоды в 1966 – 2000 г.г.) показано, что спутниковые измерения в среднем занижают содержание озона на 4-9 %. Стоит отметить, что совершенствование оперативной системы обработки данных измерений прибора GOME, осуществленное в последние два года, позволило несколько снизить величины этих расхождений. Аналогичное сопоставление данных измерений общих содержаний NO₂ обнаружили очень значительные отличия между спутниковыми и наземными измерениями (Звенигород), достигающим иногда 100 и более процентов. Причины таких отличий до конца не ясны и требуются дальнейшие исследования в этом направлении.

В докладе Dr.Ackerman, как и в ряде других (Van Lammern, Illinworth, Boitel et al, Englebart) были даны обзоры научных результатов, а также характеристики наземных дистанционных зондирующих систем в различных районах земного шара.

Дж. Эллингстон рассказал об опыте использования наземных систем зондирования для определения оптической толщи атмосферы в ночное время. Доклад Виролайнен Я.А., Полякова А.В., Тимофеева Ю.М. с немецкими коллегами из Института метеорологии Макса Планка (Х. Грассл, С. Бакан, Х.-Д. Холлвег) и Потсдамской Метеорологической Обсерватории (Д. Шпенкух и В. Делер) был посвящен обзору новых результатов, полученных за последние годы по зондированию атмосферы с помощью наземных интерферометрических измерений высокого спектрального разрешения нисходящего теплового излучения атмосферы Земли. Наиболее оригинальным результатом этих исследований является демонстрация возможностей такого типа измерений прослеживать суточные вариации общих содержаний ряда малых газовых составляющих атмосферы, например, метана и N₂O. Подобная новая информация может быть очень полезна как для проверки современных фотохимических моделей тропосферы, так и для валидации различных спутниковых экспериментов.

Основной вывод из анализа прослушанных докладов состоит в том, что в настоящее время наземные дистанционные методы зондирования используют измерения излучения в широкой спектральной области от видимого диапазона до радиоволн, различного типа аппаратуру для пассивного и активного зондирования атмосферы и позволяют получать значительное количество информации о состоянии атмосферы – профили температуры и влажности, микрофизические характеристики облаков, содержания малых газовых составляющих и т.д. Важной современной проблемой, до сих пор нерешенной даже при измерениях такой характеристики как влажность атмосферы, является взаимокалибровка различных систем зондирования атмосферы.

В.Фомичев и др. (Канада) представил результаты расчетов энергетического баланса средней атмосферы на основе новой расширенной версии канадской модели общей циркуляции атмосферы. Dr. Mlynczek предложил оригинальный метод измерений энергетического баланса в широком диапазоне высот на основе спутниковых измерений теплового излучения и свечений атмосферы. Им продемонстрировано, как эта методика будет использоваться в спутниковых экспериментах с радиометром SABER. Ю.М. Тимофеев и В.С. Косцов представили результаты интерпретации измерений уходящего излучения в 15 мкм полосе СО₂ с помощью спутникового спектрометра КРИСТА. Они продемонстрировали восстановленные вертикальные профили кинетической температуры, колебательных температур и отношения смеси углекислого газа на высотах от 40 до 120 км. По их исследованиям было получено два основных вывода:

В. Огибалов представил подробный обзорный доклад о проблеме расчета неравновесных заселенностей различных уровней молекулы углекислого газа, а также оценки радиационного притока тепла в полосах СО₂.

В целом ряде докладов обсуждались новые результаты натурных измерений микрофизических и оптических характеристик аэрозолей различной природы. При этом характерной чертой современных исследований этого направления являлось комплексное использование различных платформ (космических, наземных, самолетных) и разнообразных методов и приборов. Так в докладе Р. Савое приведены результаты комплексных многолетних исследований атмосферных аэрозолей в различных районах Атлантики. Для этих исследований использовались специально оборудованные самолеты, проводились спутниковые и наземные измерения. В состав приборов для исследования аэрозолей входили импакторы различных типов, оптические приборы для изучения рассеяния и ослабления на аэрозолях, одновременно определялся химический состав аэрозолей. Это позволяло получать большое количество информации об общей концентрации аэрозольных частиц, их функциях распределения по размерам, комплексных показателях преломления, коэффициентах ослабления и рассеяния в различных областях спектра (как правило, в видимой области спектра). Наряду с экспериментальными расчетами проводились теоретические расчеты, в частности, оптических характеристик аэрозолей. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных обнаруживают довольно противоречивую картину. В ряде случаев наблюдается хорошее согласие расчетов и экспериментов, а в ряде случаев отличия между ними явно превосходят погрешности измерений и расчетов. В последнем случае авторы доклада объясняют расхождения несовершенством методик расчетов (как правило, применяются известные алгоритмы теории Ми) и недостатком данных о различных характеристиках атмосферных аэрозолей.

В ряд докладов обсуждались данные наземных измерений оптических (аэрозольная толща) и микрофизических характеристик (функция распределения частиц по размерам), полученных с помощью солнечных спектрофотометров известной сети AERONET. Эта сеть в настоящее время состоит из более чем 100 автоматических приборов, функционирующих во многих странах мира. (Отметим, что по нашим данным в России таких приборов нет, что связано прежде всего с определенными организационными и таможенными трудностями). Данная сеть поставляет очень важную регулярную информацию об атмосферном аэрозоле и ценна своими возможностями изучать климатологичесие характеристики атмосферного аэрозоля и участвовать в валидации многочисленных спутниковых приборов, как действующих, так и запланированных к запуску в ближайшие годы.