Том 31, номер 06, статья № 9

Тимофеев Д. Н., Коношонкин А. В., Кустова Н. В. Алгоритм Modified beam-splitting 1 (MBS-1) для решения задачи рассеяния света на невыпуклых ледяных атмосферных частицах. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 06. С. 473–480. DOI: 10.15372/AOO20180609.    PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Представлен новый алгоритм для решения задачи рассеяния света на невыпуклых кристаллических частицах, характерных для перистых облаков. За основу был взят разработанный в ИОА СО РАН алгоритм трассировки пучков для частиц выпуклой формы. Новый алгоритм применен для решения задачи рассеяния света на частицах типа «столбик с углублениями» (hollow-column) и агрегатах гексагональных ледяных столбиков. Алгоритм находится в свободном доступе с открытым исходным кодом.

Ключевые слова:

алгоритм, невыпуклые частицы, агрегаты, физическая оптика, геометрическая оптика, перистые облака

Список литературы:

1. Liou K.-N. An Introduction to Atmospheric Radiation. San Diego: Acad. Press, 2002. 583 p.
2. Kunz K.S., Luebbers R.J. Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetics. Boca Raton: FL CRC Press, 1993. 448 p.
3. Taflove A. Advances in Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method. Boston: Artech House, 1998. 735 p.
4. Purcell E.M., Pennypacker C.R. Scattering and absorption of light by nonspherical dielectric grains // Astrophys. J. 1973. V. 186. P. 705–714.
5. Yurkin M.A., Maltsev V.P., Hoekstra A.G The discrete dipole approximation for simulation of light scattering by particles much larger than the wavelength // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2007. V. 106. P. 546–557.
6. Yurkin M.A., Hoekstra A.G. The discrete-dipole-approximation code ADDA: Capabilities and known limitations // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 2234–2247.
7. Yurkin M.A., Hoekstra A.G. User manual for the discrete dipole approximation code ADDA 1.3b4 [Electronic resources]. URL: http://a-dda.googlecode.com/svn/tags/rel_1.3b4/doc/ manual.pdf (last access: 27.07.2017).
8. Cai Q., Liou K.-N. Polarized light scattering by hexagonal ice crystals: Theory // Appl. Opt. 1982. V. 21. P. 3569–3580.
9. Волковицкий О.А., Павлова Л.Н., Петрушин А.Г. Оптические свойства кристаллических облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 198 c.
10. Macke A. Scattering of light by polyhedral ice crystals // Appl. Opt. 1993. V. 32. P. 2780–2788.
11. Ромашов Д.Н. Матрица обратного рассеяния для монодисперсных ансамблей гексагональных ледяных кристаллов // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 5. C. 392–400.
12. Borovoi A.G., Grishin I.A. Scattering matrices for large ice crystal particles // J. Opt. Soc. Am. A. 2003. V. 20. P. 2071–2080.
13. 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.
14. Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Borovoi A.G. Beam-splitting code for light scattering by ice crystal particles within geometric-optics approximation // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 164. P. 175–183.
15. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г. Алгоритм трассировки пучков для задачи рассеяния света на атмосферных ледяных кристаллах. Часть 1. Теоретические основы алгоритма // Оптика атмосф. и океана. 2015. T. 28, № 4. С. 324–330; Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Borovoi A.G. Beam splitting algorithm for the problem of light scattering by atmospheric ice crystals. Part 1. Theoretical foundations of the algorithm // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 5. P. 441–447.
16. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г. Алгоритм трассировки пучков для задачи рассеяния света на атмосферных ледяных кристаллах. Часть 2. Сравнение с алгоритмом трассировки лучей // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 4. С. 331–337; Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Borovoi A.G. Beam splitting algorithm for the problem of light scattering by atmospheric ice crystals. Part 2. Comparison with the ray tracing algorithm // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 5. P. 448–454.
17. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N. Backscattering by hexagonal ice crystals of cirrus clouds // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 15. P. 2881–1884.
18. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г. Особенности в деполяризационном отношении лидарных сигналов для хаотически ориентированных ледяных кристаллов перистых облаков // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 5. С. 385–387.
19. Konoshonkin A., Wang Z., Borovoi A., Kustova N., Liu D., Xie C. Backscatter by azimuthally oriented ice crystals of cirrus clouds // Opt. Express. 2016. V. 24, N 18. P. A1257–A1268.
20. Коношонкин А.В. Моделирование сигнала сканирующего лидара от монодисперсного облака квазигоризонтально ориентированных частиц // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 12. С. 1053–1060.
21. Коношонкин А.В. Оптические характеристики деформированных атмосферных ледяных столбиков // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 7. С. 543–551; Konoshonkin A.V. Optical characteristics of irregular ice columns // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 6. P. 508–516.
22. База данных матриц обратного рассеяния рассчитанных в рамках физической оптики [Электронный ресурс]. URL: ftp://ftp.iao.ru/pub/GWDT/Physical_ optics / Backscattering/ (дата обращения: 30.01.2018).
23. Александров А.Д., Вернер А.Л., Рыжик В.И. Стереометрия. Геометрия в пространстве. Висагинас: Alfa, 1998. 576 с.
24. Sutherland I., Hodgman G. Reentrant polygon clipping // Commun. ACM. 1974. V. 17. P. 32–42.
25. Hoare C. Quicksort // Comput. J. 1962. V. 5, N 1. P. 16–19.
26. Beam-Splitting-concave [Electronic resource]. URL: https://github.com/Heart-Under-Blade/Beam-Splitting- concave/ (last access: 30.01.2018).
27. 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; Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Borovoi A.G. Limits to applicability of geometrical optics approximation to light backscattering by quasihorizontally oriented hexagonal ice plates // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 1. P. 74–81.
28. Yang P., Bi L., Baum B.A., Liou K.N., Kattawar G.W., Mishchenko M.I., Cole B. Spectrally consistent scattering, absorption, and polarization properties of atmospheric ice crystals at wavelengths from 0.2 to 100 mm // J. Atmos. Sci. 2013. V. 70. P. 330–347.
29. Macke A., Mueller J., Raschke E. Single scattering properties of atmospheric ice crystal // J. Atmos. Sci. 1996. V. 53, N 19. P. 2813–2825.