Том 28, номер 04, статья № 6

Аннотация:

Представлен алгоритм трассировки пучков, позволяющий получить решение задачи рассеяния света на атмосферных ледяных кристаллических частицах в приближении геометрической оптики. Подробно рассматривается построение матриц Джонса и Мюллера, положенное в основу алгоритма. Уделяется особое внимание интерфейсу программной реализации алгоритма, что облегчает его внедрение в сторонний проект. Разработанный алгоритм находится в свободном доступе с открытым исходным кодом.
 

Ключевые слова:

геометрическая оптика, алгоритм трассировки пучков, рассеяние света, ледяные кристаллы

Список литературы:

1. Mishchenko M.I., Hovenier J.W., Travis L.D. Light Scattering by Nonspherical Particles: Theory, Measurements, and Geophysical Applications. San Diego: Academic Press, 1999. 690 p.
2. Bi L., Yang P. Physical-geometric optics hybrid methods for computing the scattering and absorption properties of ice crystals and dust aerosols // Light Scattering Reviews 8 / Ed. by A.A. Kokhanovsky.  Chichester: Springer-Praxis, 2013. P. 69–114.
3. van de Hulst H.C. Light scattering by small particles. N.Y.: Dover, 1981. 470 p.
4. Takano Y., Liou K.N. Solar radiative transfer in cirrus clouds. Part I. Single scattering and optical properties of hexagonal ice crystals // J. Atmos. Sci. 1989. V. 46, N 1. P. 3–19.
5. Bi L., Yang P., Liu C., Yi B., Baum B.A. Assessment of the accuracy of the conventional ray-tracing technique: Implications in remote sensing and radiative transfer involving ice clouds // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 146. P. 158–174.
6. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N. The physics-optics approximation and its application to light backscattering by hexagonal ice crystals // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 146. P. 181–189.
7. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г. Граница применимости приближения геометрической оптики для решения задачи обратного рассеяния света на квазигоризонтально ориентированных гексагональных ледяных пластинках // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 8. С. 705–712.
8. Jacobowitz H. A method for computing the transfer of solar radiation through clouds of hexagonal ice crystals // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1971. V. 11, N 6. P. 691–695.
9. Wendling P., Wendling R., Weickmann H.K. Scattering of solar radiation by hexagonal ice crystals // Appl. Opt. 1979. V. 18, N 15. P. 2663–2671.
10. Cai Q., Liou K.N. Polarized light scattering by hexagonal ice crystals: Theory // Appl. Opt. 1982. V. 21, N 19. P. 3569–3580.
11. Hess M., Wiegner M. COP: A data library of optical properties of hexagonal ice crystals // Appl. Opt. 1994. V. 33, N 33. P. 7740–7746.
12. Macke A., Mueller J., Raschke E. Single scattering properties of atmospheric ice crystal // J. Atmos. Sci. 1996. V. 53, N 19. P. 2813–2825.
13. Muinonen K., Lamberg L., Fast P., Lumme K. Ray optics regime for Gaussian random spheres // J. Quant. Spectrosc.  Radiat.  Transfer.  1997.  V. 57,  N 2.  P. 197–205.
14. Borovoi A., Grishin I., Naats E., Oppel U. Light backscattering by hexagonal ice crystals // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2002. V. 72, N 4. P. 403–417.
15. Macke A. Scattering of light by polyhedral ice crystals // Appl. Opt. 1993. V. 32, N 15. P. 2780–2788.
16. Flatau P.J., Draine B.T. Light scattering by hexagonal columns in the discrete dipole approximation // Opt. Exp. 2014. V. 22, N 18. P. 21834–21846.
17. Neshyba S.P., Lowen B., Benning M., Lawson A., Rowe P.M. Roughness metrics of prismatic facets of ice // J. Geophys. Res. A. 2013. V. 118, N 8. P. 3309–3318.
18. Yang P., Liou K.N. Geometric-optics-integral-equation method for light scattering by nonspherical ice crystals // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 33. P. 6568–6584.
19. Masuda K., Ishimoto H., Mano Y. Efficient method of computing a geometric optics integral for light scattering by nonspherical particles // Pap. Meteorol. Geophys. 2012. V. 63. P. 15–19.
20. Попов А.А. Рассеяние электромагнитной плоской волны на полупрозрачном выпуклом многограннике произвольной формы // Изв. вузов. Физ. Депон. № 8006. 1984. 56 с.
21. Del Guasta M. Calcolo delle proprieta' ottiche dei cristalli di ghiaccio mediante il metodo del tracciamento dei raggi, Applicazione al LIDAR a retrodiffusione // Technol. Rep. TR/GCF/95.04. 1995. IROE CNR, Florence. 42 p.
22. Ромашов Д.Н. Рассеяние света гексагональными ледяными кристаллами // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 2. С. 116–124.
23. Borovoi A.G., Grishin I.A. Scattering matrices for large ice crystal particles // J. Opt. Soc. Amer. A. 2003. V. 20, N 11. P. 2071–2080.
24. Алгоритм трассировки пучков. URL: https://github.com/sasha-tvo/Beam-Splitting
25. Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York: Wiley, 1983. 530 p.
26. Born M., Wolf E. Principles of Optics (4th ed.). Great Britain: Pergamon Press, 1970. 808 p.
27. Laszlo M.J. Computational geometry and computer graphics in C++.  Lebanon: Prentice-Hall, 1995. 266 p.