Метод двойного усреднения для минимизации неопределённости результатов измерений парниковых газов в наземных распределённых сетях атмосферных измерений

Для повышения эффективности измерений концентрации парниковых газов рассмотрен вопрос оптимального учёта неопределённости результатов этих измерений, обусловленной влиянием аэрозоля в наземных распределённых системах атмосферных измерений. Отмечено, что временна́я и структурная нестабильности атмосферного аэрозоля приводят к появлению неопределённости результатов проводимых измерений. Для определения оптимальной взаимосвязи между функциями стоимости измерений исследуемых атмосферного газа и аэрозоля предложено использовать метод безусловной вариационной оптимизации специально сформированного целевого функционала. Такой метод позволит обеспечить наилучшее метрологическое обеспечение проводимых измерений. Для формирования целевого функционала оптимизации разработан метод двойного усреднения, который заключается в последовательном проведении операций геометрического взвешенного и алгебраического усреднений. Для решения сформулированной оптимизационной задачи формирования принято ограничительное условие, налагаемое на искомую оптимальную функцию. Решение сформированной оптимизационной задачи безусловной вариационной оптимизации показало, что при линейной взаимосвязи между скалярными функциями стоимости газа и аэрозоля функционал достигает максимума, т. е. наивысшего значения неопределённости результата измерений. Сформирована эвристическая рекомендация о необходимости обеспечения обратной взаимосвязи между скалярным оценками функций стоимости измерений исследуемого газа и атмосферного аэрозоля.

парниковый газ, аэрозоль, оптимизация, функция стоимости, атмосферные измерения, распределённая сеть, атмосфера, неопределённость, greenhouse gas, aerosol, optimization, cost function, atmospheric measurements, distributed network, atmosphere, non certainty

1. Curci S., Lavecchia C., Frustaci G., Paolini R., Pilati S., Pagenelli C., Assessing meteorology measure uncertainty in urban environments, available at: https://www.researchgate.net/publication/318328347_Assessing_measurement_uncertainty_in_meteorology_in_urban_environments (accessed: 15.09.2019).

2. Елагин Б. Т. Основы экологии городской застройки: учебное пособие. М.: УМК ВО, 1990, 56 с.

3. WMO Nr.8-CIMO Guide 2008 Edition, update in 2010. P-I_Ch-1, Annex 1. B., available at: https://www.weather.gov/media/epz/mesonet/CWOP-WMO8.pdf (accessed: 15.09.2019).

4. Ziehn T., Law R. M., Rayner P. J., Roff G., Geoscience. Instrumental Methodological Data Systems, 2016, vol. 1, pp. 1-15. https://doi.org/10.5194/gi-5-1-2016

5. Заварзин Г. А., Кудеяров В. Н. Почва как главный источник углекислоты и резервуар углерода // Вестник РАН. 2006. Т. 76. № 1. С. 14-24.

6. Калюжный И. Л., Лавров С. А. Сезонная эмиссия диоксида углерода в засушливый год на олиготрофном болотном массиве Cеверо-Запада России // Метеорология и гидрология. 2005. № 10. С. 81-93.

7. Кондратьев К. Я., Григорьев А. А., Покровский А. Г., Покровский О. М., Смоктий О. И., Тимофеев Ю. М. Космическая дистанционная индикация малых газовых и аэрозольной компонент атмосферы. Л.: Издательство ЛГУ, 1974, 109 с.

8. Ciais P., Sabine C., Bala G., Bopp L., Brovkin V., Candell J., Chbara A., DeFries R., Galloway J., Heimann M., Jones C., Le Quere C., Myneni R., Piao S., Thornton P., Carbon and other biogeochemical cycles, UK and New York, NY, USA, Cambridge University Press, 2013, vol. 6, pp. 465-570. https://doi.org/10.1017/CBO81107415324.015

9. Воробьёв В. Н., Саруханян Э. И., Смирнов Н. П. «Глобальное потепление» - гипотеза или реальность? // Учёные записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2005. № 1, С. 6-21.

10. Ревич Б. А., Шапошников Д. А. Изменения климата, волны жары и холода как факторы риска повышенной смертности в некоторых регионах России // Проблемы прогнозирования. 2012. № 2. С. 122-138.

11. Филатов Н. Н., Назарова Л. Е., Сало Ю. А. Региональный климат: возможные сценарии изменения климата Карелии. Похолодание или потепление? // Известия РГО. 2007. Т. 139. № 3. С. 72-79.

12. Rayner P. J., Scholze M., Knorr M., Kaminski W., Giering R., Widmann H., Two decades of terrestrial carbon fluxes from a carbon cycle data assimilation system (CCDAS). Global biogeochemical cycles, 2005, vol. 19, GB 2026. https://doi.org/10.1029/2004GB002254

13. Gurney K. R., Law R. M., Denning A. S., Rayner P. J., Baker D., Bousquet P., Bruhwiler L., Chen Y., Ciais P., Fan S., Fung I. Y., Gloor M., Heimann M., Higuchi K., John J., Maki T., Maksyutov S., Masaire K., Peylin P., Prather M., Pak B. C., Randerson J., Sarmiento J., Taguchi S., Takahashi T., Yuen C., Nature, 2002, vol. 405, pp. 626-630. https://doi.org/10.1038/41562a