Том 27, номер 03, статья № 4

Аннотация:

Исследована корректность оценивания комплексного показателя преломления m = m_R + im_i, и представлены результаты численного моделирования по точности восстановления микрофизических характеристик аэрозоля по лидарным измерениям коэффициентов ослабления (355 и 532 нм) и обратного рассеяния (355, 532 и 1064 нм). Показано, что определение m при наличии погрешностей неоднозначно – набору значений оптических коэффициентов соответствует непрерывная область на плоскости (m_R, m_I). Точность оценивания характеристик бимодальной функции распределения по размерам U(r) зависит от величины вклада мелких частиц в объемную концентрацию. При совместном оценивании m, U(r) и 10%-х шумах ошибки восстановления Δm_R и Δm_I составляют 3,5 и 80% соответственно. Использование информации о лидарном отношении позволяет почти в 2 раза уменьшить погрешность восстановления альбедо однократного рассеяния.

Ключевые слова:

эрозоль, лидар, функция распределения частиц по размерам, показатель преломления

Список литературы:

1. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanré D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66, N 1. P. 1–16.
2. Dubovik O.V., Lapyonok T.V., Oshchepkov S.L. Improved technique for data inversion: Optical sizing of multicomponent aerosols // Appl. Opt. 1995. V. 34, N 36. P. 8422–8436.
3. Dubovik O., King M.D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 16. P. 20673–20696.
4. Dubovik O., Holben B., Eck T.F., Smirnov A., Kaufman Y.J., King M.D., Tanre D., Slutsker I. Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 3. P. 590–608.
5. Cattrall C., Reagan J., Thome K., Dubovik O. Variability of aerosol and spectral lidar and backscatter and extinction ratios of keys aerosol types derived from selected Aerosol Robotic Network locations // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, N D10S11. DOI: 10.1029/ 2004JD005124.
6. Omar A.H., Winker D.M., Vaughan M.A., Hu Y., Trep-te Ch.H., Ferrare R.A., Lee K.-P., Hostetler Ch.A., Kit-taka Ch., Rogers R.R., Kuehn R.E., Lie Zh. The CALIPSO automated aerosol classification and lidar ratio selection algorithm // J. Atmos. Ocean. Technol. 2009. V. 26, N 10. P. 1994–2014.
7. Зуев В.Е., Наац И.Э. Обратные задачи лазерного зондирования. Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.
8. Müller D., Wandinger U., Ansmann A. Microphysical particle parameters from extinction and backscatter lidar data by inversion with regularization: Theory // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 12. P. 2346–2357.
9. GAW Report N 178, www.wmo.int
10. Pappalardo G., Amodeo A., Pandolfi M., Wandinger U., Ansmann A., Bösenberg J., Matthias V., Amiridis V., De Tomasi F., Frioud M., Iarlori M., Komguem L., Papayannis A., Rocadenbosch F., Wang X. Aerosol lidar intercomparison in the framework of the EARLINET project: 3. Raman lidar algorithm for aerosol extinction, backscatter, and lidar ratio // Appl. Opt. 2004. V. 43, N 28. P. 5370–5385.
11. Самойлова С.В., Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Пеннер И.Э. Исследование вертикального распределения тропосферных аэрозольных слоев по данным многочастотного лазерного зондирования. Часть 1. Методы восстановления оптических параметров // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 4. С. 344–357.
12. Böckmann C., Wandinger U., Ansmann A., Bösenberg J., Amiridis V., Boselli A., Delaval A., De Tomasi F., Frioud M., Videnov-Grigorov I., Hågård A., Horvat M., Iarlori M., Komguem L., Kreipl S., Larcheveque G., Matthias V., Papayannis A., Pappalardo G., Rocadenbosch F., Rodrigues J.A., Schneider J., Shcherbakov V., Wiegner M. Aerosol lidar intercomparison in the framework of the EARLINET project. 2. Aerosol backscatter algorithms // Appl. Opt. 2004. V. 43, N 4. P. 977–989.
13. Müller D., Wandinger U., Ansmann A. Microphysical particle parameters from extinction and backscatter lidar data by inversion with regularization: Simulation // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 12. P. 2358–2368.
14. Böckmann C. Hybrid regularization method for the ill-posed inversion of multiwavelength lidar data in the retrieval of aerosol size distribution // Appl. Opt. 2001. V. 40, N 9. P. 1329–1342.
15. Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Müller D., Wan-dinger U., Whiteman D.M. Inversion with regularization for the retrieval of tropospheric aerosol parameters from multiwavelength lidar sounding // Appl. Opt. 2002. V. 41, N 18. P. 3685–3699.
16. Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Müller D., Franke K., Whiteman D.M. Inversion of multiwavelength Raman lidar data for retrieval of bimodal aerosol size distribution // Appl. Opt. 2004. V. 43, N 5. P. 1180–1195.
17. Bohren F.C., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. N.Y.: John Wiley & Sons, Inc., 1983. 530 p.
18. Kolgotin A., Müller D. Theory of inversion with two-dimensional regularization: profiles of microphysical particle properties derived from multiwavelength lidar measurements // Appl. Opt. 2008. V. 47, N 25. P. 4472–4490.
19. Veselovskii I., Dubovik O., Kolgotin A., Lapyonok T., Di Girolamo P., Summa D., Whiteman D.N., Mishchen-ko M., Tanré D. Application of randomly oriented spheroids for retrieval of dust particle parameters from multiwavelength lidar measurements // J. Geophys. Res. 2010. V. 115, N D21203. DOI: 10.1029/2010JD014139.
20. Böckmann C., Mironova I., Müller D., Schneidenbach L., Nessler R. Microphysical aerosol parameters from multiwavelength lidar // J. Opt. Soc. Amer. 2005. V. A22, N 3. P. 518–528.
21. Veselovskii I., Kolgotin A., Müller D., Whiteman D.M. Information content of multiwavelength lidar data with respect to microphysical particle properties derived from eigenvalue analysis // Appl. Opt. 2005. V. 44, N 25. P. 5292–5303.
22. Веретенников В.В. Совместное определение микроструктуры и показателя преломления по данным солнечной фотометрии // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 3. С. 214–221.
23. Verhaege Ch., Shcherbakov V., Personne P. Limitations on retrieval of complex refractive index of spherical particles from scattering measurements // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2008. V. 109, N 14. P. 2338–2348.
24. Chemyakin E., Kolgotin A., Romanov A., Müller D. Automated, unsupervised inversion of multiwavelength Raman lidar data: Statistical analysis of microphysical parameters // Reviewed and revised papers presented at ILRC26. 2012. P. 265–268.
25. Розенберг Г.В. Восстановление микрофизических параметров аэрозоля по данным комплексных оптических измерений // Физика атмосф. и океана. 1976. Т. 12, №11. С. 1159–1167.
26. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 285 с.
27. Турчин В.Ф., Козлов В.П., Малкевич М.С. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач // Успехи физ. наук. 1970. Т. 102, вып. 3. С. 345–386.