Том 33, номер 12, статья № 6

Аннотация:

Представлен оригинальный алгоритм статистического моделирования переноса солнечного излучения в присутствии кристаллических облаков, оптически анизотропных относительно зенитного угла падающего излучения. Приведены примеры предварительно рассчитанных локальных оптических характеристик облаков, состоящих из горизонтально ориентированных пластинок (без учета внутреннего поглощения). Тестирование разработанного программно-алгоритмического обеспечения выполнено в рамках двух численных экспериментов. В первом из них сопоставлены результаты расчетов отраженной радиации для изотропной среды с использованием разработанного ранее алгоритма для облаков, состоящих из хаотически ориентированных частиц, и алгоритма, представленного в настоящей работе. Во втором эксперименте проведено сравнение угловой зависимости интенсивности восходящей радиации и индикатрисы рассеяния излучения в кристаллических облаках, состоящих из горизонтально ориентированных пластинок. Результаты численных экспериментов свидетельствуют о том, что при моделировании переноса излучения с использованием предложенного алгоритма свойства оптической анизотропии среды учитываются адекватно.

Ключевые слова:

перенос излучения, метод Монте-Карло, оптическая анизотропия, горизонтально ориентированные пластинки

Список литературы:

1. Ono A. The shape and riming properties of ice crystals in natural clouds // J. Atmos. Sci. 1969. V. 26, N 1. P. 138–147.
2. Greenler R.G., Mallmann A.J., Drinkwine M., Blumenthal G. The origin of sunpillars // Am. Sci. 1972. V. 60. P. 292–302.
3. Sassen K. Remote sensing of planar ice crystals fall attitude // J. Meteorol. Soc. Jpn. 1980. V. 58, N 5. P. 422–429.
4. Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Ориентация частиц кристаллических облаков Ci: Часть 1. Ориентация при падении // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 11. С. 963–967.
5. Галилейский В.П., Боровой А.Г., Матвиенко Г.Г., Морозов А.М. Зеркально отраженная компонента при рассеянии света на ледяных кристаллах с преимущественной ориентацией // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 9. С. 773–778.
6. Borovoi A., Galileiski V., Morozov A., Cohen A. Detection of ice crystal particles preferably oriented in the atmosphere by use of the specular component of scattered light // Opt. Express. 2008. V. 16, N 11. P. 7625–7633.
7. Галилейский В.П., Кауль Б.В., Матвиенко Г.Г., Морозов А.М. Угловая структура интенсивности света вблизи углов зеркального отражения от граней кристаллических частиц льда // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 7. С. 643–649; Galileyskii V.P., Kaul B.V., Matvienko G.G., Morozov A.M. Angular structure of the light intensity near the angles of mirror reflection from the faces of ice crystalline particles // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 5. P. 506–512.
8. Морозов А.М., Галилейский В.П., Елизаров А.И., Кокарев Д.В. Наблюдение зеркального отражения освещенной подстилающей поверхности облачным слоем из ледяных пластинок // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 1. С. 88–92.
9. Волковицкий О.А., Павлова Л.Н., Петрушин А.Г. Оптические свойства кристаллических облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 312 с.
10. Light Scattering by Nonspherical Particles. Theory, Measurements, and Applications / M.I. Mishchenko, J.W. Hovenier, I.D. Travis (eds.). San Diego: Academic Press, 2000. 690 p.
11. Chepfer H., Brogniez G., Goloub P., Francois M.B., Flamant P.H. Observations of horizontally oriented ice crystals in cirrus clouds with POLDER-1/ADEOS-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1999. V. 63, N 2–6. P. 521–543.
12. Bréon F.M., Dubrulle B. Horizontally oriented plates in clouds // J. Atmos. Sci. 2004. V. 61, N 23. P. 2888–2898.
13. Noel V., Chepfer N. A global view of horizontally oriented crystals in ice clouds from Cloud–Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) // J. Geophys. Res. 2010. V. 115, N D00H23. DOI: 10.1029/2009JD012365.
14. Westbrook C.D., Illingworth A.J., OConnor E.J., Hogan R.J. Doppler lidar measurements of oriented planar ice crystals falling from supercooled and glaciated layer clouds // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2010. V. 136, N 646. P. 260–276.
15. Noel V., Chepfer N. Study of ice crystal orientation in cirrus clouds based on satellite polarized radiance measurements // J. Atmos. Sci. 2005. V. 61, N 16. P. 2073–2081.
16. Zhou C., Yang P., Dessler A.E., Liang F. Statistical properties of horizontally oriented plates in optically thick clouds from satellite observations // IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. 2013. V. 10, N 5. P. 996–990.
17. Takano Y., Liou K.-N. Solar radiative transfer in cirrus clouds. Part II: Theory and computation of multiple scattering in an anisotropic medium // J. Atmos. Sci. 1989. V. 46, N 1. P. 20–36.
18. Masuda K., Ishimoto H. Influence of particle orientation on retrieving cirrus cloud properties by use of total and polarized reflectances from satellite measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 85, N 2. P. 183–193.
19. Heymsfield A., Iaquinta J. Cirrus crystal terminal velocity // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57, N 7. P. 916–938.
20. Westbrook C.D. The fall speeds of sub – 100 mm ice crystals // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2008. V. 134, iss. 634. P. 1243–1251.
21. Spichtinger P., Gierens K.M. Modelling of cirrus clouds – Part 1b: Structuring cirrus clouds by dynamics // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 2. P. 707–719.
22. Runheng H., Liou K.-N. Effects of horizontal orientation on the radiative properties of ice clouds // Adv. Atmos. Sci. 1985. V. 2, N 1. P. 20–27.
23. Lavigne C., Roblin A., Chervet P. Solar glint from oriented crystals in cirrus clouds // Appl. Opt. 2008. V. 47, iss. 33. P. 6266–6276.
24. Prigarin S.M., Borovoi A.G., Bruscaglioni P., Cohen A., Grishin I.A., Oppel U.G., Zhuravleva T.B. Monte Carlo simulation of radiation transfer in optically anisotropic clouds // Proc. SPIE. 2005. N 5829. P. 88–94.
25. Пригарин С.М., Боровой А.Г., Гришин И.А., Оппель У.Г. Статистическое моделирование переноса излучения /в оптически анизотропных кристаллических облаках // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 3. С. 205–210.
26. Prigarin S.M. Numerical simulation of halo in crystal clouds by Monte Carlo method // Russ. J. Num. Anal. Math. Modelling. 2009. V. 24, N 5. P. 481–494.
27. Borovoi A., Grishin I., Oppel U. Mueller matrix for oriented hexagonal ice crystals of cirrus clouds // XI Intern. Workshop on Multiple Scattering LIDAR Experiments (MUSCLE 11). Williamsburg, Virginia, USA: NASA Langley Research Center, 2000. P. 81–89.
28. Borovoi A., Grishin I. Scattering matrices for large crystal particles // J. Opt. Soc. Am. A. 2003. V. 20, iss. 11. P. 2071–2080.
29. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Дарбинян Р.А., Каргин Б.А., Елепов Б.С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука, 1976. 280 с.
30. 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.
31. Журавлева Т.Б. Моделирование переноса солнечного излучения в различных атмосферных условиях. Часть I: Детерминированная атмосфера // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 2. С. 99–114.
32. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical properties of aerosols and clouds: The software package OPAC // Bull. Am. Meteor. Soc. 1998. V. 79. P. 831–844.