УДК 551:523.3:535.35

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛОСКОГО АНИЗОТРОПНО РАССЕИВАЮЩЕГО ОДНОРОДНОГО СЛОЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ТОЛЩИНЫ

О.И. Смоктий

Аннотация


Проведено моделирование полей излучения плоского однородного слоя произвольной оптической толщины при сильно вытянутых индикатрисах рассеяния. Для реализации этой задачи использовалась модификация классического принципа инвариантности Амбарцумяна — Чандрасекара, позволившая получить новые нелинейные интегральные уравнения для азимутальных Фурье-гармоник обобщенной единой фотометрической функции излучения и фотометрических инвариантов, которые объединяют интенсивности восходящего и нисходящего излучения на произвольных зеркально-симметричных оптических уровнях в зеркальных направлениях визирования при фиксированных азимутах и зенитных расстояниях Солнца. Параметризация полученных нелинейных интегральных уравнений показала, что при отсутствии отражающей подстилающей поверхности на уровне нижней границы слоя пространственно-угловые свойства фотометрических инвариантов и единой фотометрической функции в случае сильно вытянутых индикатрис рассеяния с максимальными значениями вблизи малых углов рассеяния при малом истинном поглощении излучения в среде позволяют приближенно представить общее поле излучения в виде интенсивностей однократно рассеянного излучения с адаптивными поправочными множителями. Эти функциональные поправки обусловлены многократным рассеянием излучения и имеют четкое физическое обоснование. Использование принципа зеркального отображения (симметрии) позволило учесть указанные особенности реальных индикатрис рассеяния при численном моделировании фотометрических инвариантов и единой фотометрической функции. Проведенный анализ показал доминирующую роль однократного рассеяния при формировании полей излучения анизотропно рассеивающего однородного слоя в случае слабого поглощения излучения при сильно вытянутых индикатрисах рассеяния.

Ключевые слова


однородный плоский слой; принцип инвариантности Амбарцумяна — Чандрасекара; нелинейные интегральные уравнения; адаптивная параметризация; фотометрические инварианты; единая фотометрическая функция; коэффициенты яркости; интенсивности поля излучения; однократное рассеяние; поправочные функции; индикатриса Хеньи — Гринстейна

Полный текст:

PDF

Литература


  1. Амбарцумян В.А. Научные труды // Ереван: Изд-во АН Арм. ССР. 1960. Т. 1. 429 с.
  2. Chandrasekhar S. Radiative transfer // Oxford: Oxford Univ. Press. 1950. 394 p.
  3. Соболев В.В. Рассеяние света в атмосферах планет // М.: Наука. 1972. 335 с.
  4. van de Hulst H.G. Multiple light scattering: Tables, Formulas and Applications // New York: Academic Press. 1980. 739 p.
  5. Минин И.Н. Теория переноса излучения в атмосферах планет // М.: Наука. 1988. 264 с.
  6. Bohren C.F., Clothiaux E.E. Fundamentals of Atmospheric Radiation // John Wiley & Sons. 2006. 479 p.
  7. Thomas G.E., Stamnes K. Radiative Transfer in the Atmosphere and Ocean // Cambridge University Press. 2006. 540 p.
  8. Budak V.P., Klyuykov D.A., Korkin S.V. Complete matrix solution of radiative transfer equation for pile of horizontally slabs // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2011. vol. 117. Issue 7. pp. 1141–1148.
  9. Budak V.P., Kaloshin G.A., Shagalov O.V., Zheltov V.S. Numerical modeling of the radiative transfer in a turbid medium using the synthetic iteration // Optics Express. 2015. vol. 23. no. 15. pp. 829–835.
  10. Будак В.П. и др. Быстрый и точный алгоритм численного моделирования переноса излучения в мутной среде на основе метода синтетических итераций // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 9. С. 739–746.
  11. Budak V.P., Klyuykov D.A., Korkin S.V. Convergence acceleration of radiative transfer equation solution at strongly anisotropic scattering // Light Scattering Reviews 5: Single Light Scattering and Radiative Transfer. Berlin: Springer Praxis Books. 2010. pp. 147–204.
  12. Ilyushin Ya.A. The advanced small angle approximation with application to the numerical radiative transfer calculations // Proceedings of International Radiation Symposium (IRS/IAMAS). 2013. pp. 105–109.
  13. Smokty O.I. Analytical spatial-angular structure of uniform slab radiation fields for strongly elongated phase functions // Proceedings of Computation Sci. and Applications (ICCSA’2016). 2016. Part I. pp. 110–128.
  14. Atberger C. Advances in remote sensing of agriculture: context description, existing operational monitoring systems and major information needs // Remote Sens. 2013. vol. 5(2). pp. 949–981.
  15. Biophysical applications of satellite remote sensing/ Edited by Hanes T.U. // Springer Science & Business Media. 2014. 230 p.
  16. Зеге Э.П., Иванов А.П., Кацев И.Л., Прихач А.С. Восстановление оптических характеристик аэрозольной атмосферы и поверхности Земли путем совместной обработки различной спутниковой информации // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 2. С. 215–223.
  17. Belov V.V., Tarasenko M.V. On the accuracy and speed of RTM algorithms for atmospheric correction of satellite images in the visible and UV ranges // Atmos. and Ocean Opt. 2014. vol. 27. no. 1. pp. 56–61.
  18. Duanabc S.-B. et al. Atmospheric correction of highspatial-resolution satellite images with adjacency effects: Application to EO-1 ALI data // Int. J. Rem. Sens. 2015. vol. 36. no. 19–20. pp. 5061–5074.
  19. Веретенников В.В. Восстановление микроструктурных параметров грубодисперсного аэрозоля с использованием их регрессионных связей со спектральным ослаблением света в ИК-диапазоне // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 8. С. 696–704.
  20. Лысенко С.А. Атмосферная коррекция многоспектральных спутниковых снимков на основе аппроксимационной модели переноса солнечного излучения // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 9. С. 775–788.
  21. Seidel F.C., Kokhanovsky A.A., Schaepman M.E. Fast and simple model for atmospheric radiative transfer // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2010. vol. 3. no. 4. pp. 1129–1141.
  22. Васильев А.В., Кузнецов А.Д., Мельникова И.Н. Аппроксимация многократно рассеянного солнечного излучения в рамках приближения однократного рассеяния // Ученые записки РГГУ. 2016. № 42. С. 94–103.
  23. Катковский Л.В. Параметризация уходящего излучения для быстрой атмосферной коррекции гиперспектральных изображений // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 9. С. 778–784.
  24. Smokty O.I. Analytical approximation for homogeneous slab brightness coefficients in the case of strongly elongated phase functions Radiation Processes in the Atmosphere and Ocean // Proceedings of International Radiation Symposium (IRS/IAMAS) (IRS’2016). 2017. pp. 145–149.
  25. Hovenier J.W. A unified treatment of reflected and transmitted intensities of homogeneous plane-parallel atmospheres // Astrom. and Astrophys. 1978. vol. 68. pp. 239–250.
  26. Смоктий О.И. Моделирование полей излучения в задачах космической спектрофотометрии // Л.: Наука. 1986. 352 с.
  27. Smokty O.I. Development of radiative transfer theory methods on the base of mirror symmetry principle // Proceedings of International Radiation Symposium (IRS’2000): Current Problems in Atmospheric Radiation. 2001. pp. 341–344.
  28. Smokty O.I. The mirror symmetry principle for radiation fields in a vertically non-uniform atmospheric slab //AIP Conference Proceedings. Ser. “Radiation processes in the atmosphere and ocean (IRS’2012)”: Proceedings of the International Radiation Symposium (IRC/IAMAS). 2013. pp. 135–138.
  29. Yanovitsky E.G. Light scattering in inhomogeneous atmospheres // Berlin: Springer. 1997. 371 p.
  30. Smokty O.I. Improvements of methods of radiation fields numerical modeling on the basis of mirror reflection principle // Proceedings of Computational Sci. and Applications (ICCSA’13). 2013. pp. 1–16.
  31. Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих средах. Стандартные методы расчета / Под ред. Ж. Ленобль // Л.: Гидрометеоиздат. 1990. 264 с.
  32. Смоктий О.И., Аниконов А.С. Рассеяние света в средах большой оптической толщины // СПб.: Наука. 2008. 440 с.
  33. Press W., Flannery B., Teukolsky S., Veerferling W. Numerical Recipes. The art of Scientific Computing (Fortran Version) // Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1989. 702 p.


Олег Иванович Смоктий - д-р физ.-мат. наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, академик Международной Академии Астронавтики (Франция), главный научный сотрудник лаборатории прикладной информатики и проблем информатизации общества, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН).
Область научных интересов: теория переноса излучения, моделирование полей излучения в задачах дистанционного зондирования Земли из космоса, космическая геоинформатика.
Число научных публикаций: 280.

Адрес (E-mail): soi@iias.spb.su
Почтовый адрес: 14-я линия В.О., 39, Санкт- Петербург, 199178
Телефон: +7-(812)-328-44-50




DOI: http://dx.doi.org/10.15622/sp.56.10

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.