В настоящее время в ИОА СО РАН и ИСЗФ СО РАН ведется работа по представлению расчетных данных и результатов экспериментальных исследований в сети Интернет. Совместная работа осуществляется в рамках гранта Интас по созданию веб-портала по атмосферным наукам. В данном докладе показаны результаты разработок, касающиеся только части представляемого материала, а именно: численной радиационной модели однослойной разорванной облачности и экспериментальных данных ИСЗФ, в настоящее время представленных на сайте ИСЗФ и импортируемых данных по параметрам атмосферы (NASA и NOAO).

Данные для расчетов эффективного балла облачности и потоков солнечного излучения положены в основу Интернет-доступной версии "Численной радиационной модели однослойной разорванной облачности (видимая и коротковолновая области спектра)", позволяющей в первом приближении оценить ошибки, которые могут возникать при расчете потоков солнечной радиации без учета горизонтальной неоднородности, характерной для реальных облачных полей.

Основой численной радиационной модели однослойной разорванной облачности [1] является база данных, которая включает в себя:
(а) результаты расчетов потоков восходящего и нисходящего излучения (видимый диапазон) на различных атмосферных уровнях и
(б) значения N_e^vis – эффективного балла облачности в видимом диапазоне спектра для широкого диапазона входных параметров задачи.

Потоки восходящей и нисходящей радиации рассчитаны на различных атмосферных уровнях z 16.0 км (облачный слой расположен в интервале 1-1.5 км) для следующих интервалов значений входных параметров (со специально подобранным шагом по каждому из них):

• балл облачности N = 0 - 1.0;
• параметр g = 0 - 2.0;
• зенитный угол Солнца x= 0 - 80°;
• оптическая толщина облаков t = 5 - 60;
• альбедо подстилающей поверхности A = 0 - 0.9.

Значения рассчитанных потоков нисходящего и восходящего солнечного излучения хранятся в нескольких таблицах. Разделение по разным таблицам было произведено в соответствии с атмосферными условиями ("Ясно", "Сплошная облачность", "Разорванная облачность") и входными параметрами, при которых они рассчитаны.

Что касается эффективного балла облачности, то таблица со значениями эффективного балла облачности является ни чем иным, как табличным заданием функции пяти аргументов, т.е. пять столбцов таблицы отведено под "узловые" значения входных параметров, а шестой под значения функции в этих точках. Для удобства визуализации пользователь фиксирует значения любых трех параметров и задает шаг и интервалы изменения двух оставшихся. В результате на экране высвечивается таблица значений эффективного балла облачности N_e^vis в диапазоне изменений входных параметров, заданных пользователем. Значения N_e^vis в промежуточных точках, рассчитываются на основе последовательной линейной интерполяции значений N в "узловых" точках.

Рис. 1 Схема базы данных "Численная радиационная модель однослойной разорванной облачности".

tet - зенитный угол Солнца,
N - балл облачности,
gamma - параметр g,
tau - оптическая толщина облаков,
As - альбедо подстилающей поверхности,
height - атмосферный уровень,
Q - нисходящее излучение,
A_s - нисходящее диффузное излучение,
S - нерассеяное излучение,
A - восходящее излучение,
>Ne - эффективный балл облачности,
Bc - разорванная облачность,
Рр - сплошная облачность,
Cle - ясное небо,
N_e^vis - эффективный балл облачности.

Представляемые экспериментальные данные ИСЗФ структурированы по нескольким разделам.

Метеопараметры нижней атмосферы

Давление

Измерение давление проводится двумя приборами: почасовые измерения проводятся ртутным барометром (ИСЗФ СО РАН), а средние поминутные измеряются твердотельным индукционным датчиком (ИЗМИРАН РАН).

Температура

Измерение температуры проводится у поверхности земли с периодом 1 минута.

Ветер

Поминутные измерения скорости и направления приземного ветра будут проводиться средствами стандартной метеостанции.

Геомагнитная обстановка в Сибири

Измерения геомагнитных вариаций магнитного поля Земли проводятся в магнитной обсерватории "Иркутск" (IRT) один раз в сутки. Измеряются три компоненты (D, H<, Z).

Солнечная активность, электромагнитные и корпускулярные потоки Солнца

Космические лучи.

Интенсивность космических лучей, наблюдаемая на поверхности Земли, подвержена влиянию как процессов на Солнце и в межпланетном пространстве, так и в магнитосфере и атмосфере Земли. Солнце и в свою очередь влияет на атмосферные процессы.

На сайте будут выставляться оперативные данные непрерывных измерений интенсивности КЛ над регионом Восточной Сибири (данные нейтронного монитора ИСЗФ СО РАН).

Приземная ультрафиолетовая радиация Солнца.

Предполагается представлять информацию об эритемной ультрафиолетовой радиации Солнца в регионе, используя спутниковые данные TOMS (http://toms.gsfc.nasa.gov/ery_uv/euv.html), и в г. Иркутске по данным наземных измерений ИСЗФ СО РАН (http://cgm.iszf.irk.ru/optic/optic.htm).

Параметры средней и верхней атмосферы

Данные радара некогерентного рассеяния

Радар некогерентного рассеяния в Иркутске является одним из девяти действующих в мире радаров, позволяющих исследовать верхнюю атмосферу (ионосферу) методом некогерентного рассеяния. На Иркутском Радаре некогерентного рассеяния проводятся измерения таких параметров ионосферной плазмы, как электронная концентрация N e, электронная и ионная температура T_e, T_i>, скорость дрейфа плазмы вдоль направления зондирования. Измерения электронной концентрации обычно проводятся в высотном интервале 160-800 км. Нижняя высота измерений радара ограничена в связи с присутствием отражений от земной поверхности. По этой же причине нижняя высота данных по T_e, T_i ограничена высотой 240 км (разница из-за того, что в этих измерениях используется длинный зондирующий импульс).

Свечение верхней атмосферы

Предполагается представлять данные наблюдений ИСЗФ СО РАН излучения верхних слоев атмосферы в основных эмиссионных линиях атомарного кислорода 558 нм (высоты высвечивания 85-115 км) и 630 нм (180-250 км). Наблюдения проводятся в течение 1-2 недель каждого месяца, в периоды новолуний в соответствии с международным геофизическим календарем.

Общее содержание озона (ОСО)

Общее содержание озона определяет уровень эритемной ультрафиолетовой радиации Солнца, достигающей поверхности Земли. В настоящее время, наиболее используемыми являются данные прибора ТОМS (Total Ozone Mapping Spectrometer) на борту спутника Earth Probe (http://jwocky.gsfc.nasa.gov/). Предполагается также использовать данные об ОСО ИСЗФ СО РАН, получаемые станцией Scanor, поступающей с метеорологических спутников серии NOAA.

Работа с этими данными проходит в несколько этапов:
Проведение измерений;
Оцифровка данных;
Передача данных на сервер и их занесение в БД.

Данные на сервер поступают в виде текстовых файлов соответствующих измерениям на конкретном устройстве. Каждый файл представляет собой таблицу из определенного количества столбцов и строк.

Для автоматизированного занесения данных из файлов в базу данных разработана программа-конвертор, которая представляет собой функцию, написанную на языке РНР. Эта программа, основываясь на переданных ей метаданных, разбирает формат файла, проверяет данные на соответствие типам (целые, вещественные и т. д.) и заносит данные в соответствующую ему таблицу.

Метаданные хранятся в отдельной таблице, которая имеет следующие поля:

• Имя таблицы (в которую заносить данные),
• Число столбцов в файле с данными,
• Число различных параметров,
• Символ разделитель данных в строке,
• Символ отсутствия данных,
• Строка типов параметров,
• Электронный адрес администратора, отвечающего за эту таблицу,
• Строка имен столбцов таблицы Table_name соответствующих колонкам файла.

Визуализация информации, содержащейся в базах данных и получаемой в расчетах, реализована в виде HTML-документов. В основном это табличная форма представления, но там где это имеет смысл, есть возможность представления в графическом виде. Для построения графиков в данной системе используется пакет GNUPLOT. Пакет позволяет строить графики по результатам выборки данных из базы данных.

Интерактивность системы обеспечивается скриптами, для динамического формирования страниц, с использованием CGI-технологий - на языках PHP и JavaScript. Работа с базами данных осуществляется с помощью диалоговых форм, представляющих собой таблицы с размещенными в них управляющими элементами: полями для ввода текста или списками фиксированных значений, подписями, поясняющими назначение каждого из полей, и кнопками для дальнейшей работы и сброса установок.

Литература

1

Журавлева Т.Б., Анисимова Е.М. База данных "Численная радиационная модель однослойной разорванной облачности", доступная в сети Интернет, Оптика Атм. и Океана, т. 15, 2002, № 08, стр.699-701.

2

А.Ю. Ахлёстин, Е.М. Анисимова, В.И.Егоров, А.В.Михалев, А.З.Фазлиев. "АТМОСФЕРА И ГЕЛИО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА В СИБИРИ", Сборник статей RCDL 2002, (в печати).

3

Егоров В.И., Михалев А.В., Фазлиев А.З. Тематический сайт об атмосфере и атмосферных проявлениях гелио-геофизических возмущений в регионе Восточной Сибири, Тезисы международной конференции Enviromis 2002, Томск, 2002, c. 105.