Численное статистическое моделирование процессов рассеяния оптического излучения ледяными кристаллами перистых облаков в приближении геометрической оптики Текст научной статьи по специальности «Физика»

48

Секция 3

предлагается другой подход к моделированию случайных процессов с условиями в виде неравенств, основанный на использовании случайных величин со специальными условными негауссовскими плотностями распределений. Также рассматривается частный случай этого алгоритма, позволяющий уменьшить объем вычислений в предположении, что на каждом шаге моделирования условие накладывается только на значение, предшествующее моделируемому.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 18-01-00149-а), РФФИ и Правительства Новосибирской обл. в рамках научного проекта № 19-41-543001-р_мол_а.

Численное статистическое моделирование процессов рассеяния оптического излучения ледяными кристаллами перистых облаков в приближении геометрической оптики

Б. А. Каргин1,2, Е. Г. Каблукова1, Ц. Му2

1Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН 2Новосибирский государственный университет Email: [email protected] DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10097

Изучение влияния формы, размера и концентрации кристаллических частиц, а также их оптических и ориентационных свойств на распространение лучистой энергии имеет решающее значение в понимании роли ледяных облаков в трансформации радиационных потоков в атмосфере. В связи с этим проблеме изучения оптических характеристик кристаллических облаков в настоящее время уделяется большое внимание (достаточно подробный обзор можно найти, например, в [1]). В данной работе численно исследованы особенности рассеяния оптического излучения атмосферными ледяными кристаллами разных форм и больших относительно длины волны излучения размеров в приближении геометрической оптики. Для решения этой задачи был разработан комплекс программ, позволяющий расчитывать индикатрисы рассеяния для сферических водяных капель, составляющих основу жидко капельных облаков, а также матриц однократного рассеяния кристаллических ледяных частиц перистых облаков разных размеров, форм и пространственных ориентаций в эйлеровой системе координат. Приближение геометрической оптики расширено за счет учета дифракции в рамках приближения физической оптики. Аналогичные постановки задач можно найти, например, в [1,2]. В дополнение к указанным выше моделям рассмотрена модель, учитывающая шероховатость поверхности кристаллов. В отличие от известных из литературы работ на эту тему (см., например, [3]), в данной работе использован оригинальный алгоритм моделирования эффектов преломления и отражения излучения на шероховатых поверхностях, состоящий в комбинировании так называемой "фацетной" модели и спектральной случайной модели шероховатости. Последняя модель была заимствована и адаптирована к условиям рассматриваемой задачи из работы [4].

Список литературы

1. Коношонкин А., Кустова Н., Боровой А. Рассеяние света на гексагональных кристаллах перистых облаков. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. 147 c.

2. A. A. Kokhanovsky., T. Y. Nakajima. The dependence of phase functions of large transparent particles on their refractive index and shape. J. Phys. D 31, 1329-1335.1998.

3. Yang, P., Hong, G., Kattawar, G. W., Minnis, P., and Hu, Y.: Effect of particle surface roughness on retrieved cloud optical thickness and effective particle size, IEEE T. Geosci. Remote Sens., 46, 1948- 1957, 2008.

4. Kargin B.A., Rakimgulov K.B. A weighting Monte Carlo method for modelling the optical radiation field in the ocean-atmosphere system // Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 1992. V. 7. № 3. Р. 221-240