Том 27, номер 08, статья № 7

Аннотация:

В последнее время квазигоризонтально ориентированные ледяные кристаллы перистых облаков стали объектом активного исследования. Экспериментальные наблюдения осуществляются посредством многоволновых и поляризационных лидаров, для интерпретации сигналов которых используются решения, полученные в приближении как физической, так и геометрической оптики. В статье проводится сравнение данных приближений для решения задачи обратного рассеяния света на квазигоризонтально ориентированных гексагональных ледяных пластинках. Отдельное внимание уделено границе применимости метода геометрической оптики для решения такого рода задач.

Ключевые слова:

геометрическая оптика, физическая оптика, рассеяние света, ледяные кристаллы

Список литературы:

1. Liou K.N. Influence of cirrus clouds on the weather and climate process: a global perspective // Mon. Weather Rev. 1986. V. 114, N 6. P. 1167–1199.
2. Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Scattering, absorption, and emission of light by small particles. Cambridge: Cambridge University Press, 2002. 445 p.
3. Concepts in electromagnetic scattering for particulate-systems characterization / Ed. by M.J. Berg and G. Videen // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer (special issue). 2013. V. 131. P. 1–234. (December 2013).
4. Mishchenko M.I., Travis L.D., Mackowski D.W. T-matrix method and its applications to electromagnetic scattering by particles: A current perspective // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2010. V. 111, N 11. P. 1700–1703.
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, N 1–3. 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, N 13. P. 2234–2247.
7. Borovoi A.G., Grishin I.A. Scattering matrices for large ice crystal particles // J. Opt. Soc. Amer. А. 2003. V. 20, N 11. P. 2071–2080.
8. Yang P., Liou K.N. Light scattering and absorption by nonspherical ice crystals // Light Scattering Reviews / A.A. Kokhanovsky (Ed.). V. 1. Chichester: Springer-Praxis, 2006. P. 31–72.
9. Macke A., Mishchenko M.I., Cairns B. The influence of inclusions on light scattering by large ice particles // J. Geophys. Res. D. 1996. V. 101, N 18. P. 23311–23316.
10. Кустова Н.В. Методы геометрической и физической оптики в задаче рассеяния света атмосферными ледяными кристаллами: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, 2009. 22 c.
11. Бурнашов А.В., Коношонкин А.В. Матрица рассеяния света на усеченном пластинчатом дроксталле, ориентированном преимущественно в горизонтальной плоскости // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 12. С. 1043–1050.
12. Borovoi A.G. Light scattering by large particles: physical optics and the shadow-forming field // Light Scattering Reviews / A.A. Kokhanovsky (Ed.). V. 8. Springer-Praxis. 2013. 435 p. Chapter 3. P. 115–138.
13. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N. Backscattering reciprocity for large particles // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 9. P. 1485–1487.
14. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N., Okamoto H. Backscattering Mueller matrix for quasihorizontally oriented ice plates of cirrus clouds: application to CALIPSO signals // Opt. Express. 2012. V. 20, N 27. P. 28222–28233.
15. Bi L., Yang P., Kattawar G.W., Hu Y., Baum B.A. Scattering and absorption of light by ice particles: solution by a new physical-geometric optics hybrid method // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112, N 9. P. 1492–1508.
16. Yang P., Liou K.N. Geometric-optics-integral-equation method for light scattering by nonspherical ice crystals // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 33. P. 6568–6584.
17. Yang P., Liou K.N. Light scattering by hexagonal ice crystals: solutions by a ray-by-ray integration algorithm // J. Opt. Soc. Amer. A. 1997. V. 14, N 9. P. 2278–2289.
18. Самохвалов И.В., Кауль Б.В., Насонов С.В., Животенюк И.В., Брюханов И.Д. Матрица обратного рассеяния света зеркально отражающих слоев облаков верхнего яруса, образованных кристаллическими частицами, преимущественно ориентированными в горизонтальной плоскости // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 5. С. 403–411.
19. Balin Yu.S., Kaul B.V., Kokhanenko G.P., Penner I.E. Observations of specular reflective particles and layers in crystal clouds // Opt. Express. 2011. V. 19, N 7. P. 6209–6214.
20. Насонов C.В., Самохвалов И.В. Исследование кристаллических облаков верхнего яруса с преимущественно ориентированными частицами на поляризационном лидаре ТГУ // Изв. вузов. Физ. 2012. № 9/2. С. 134–135.
21. Auer A.H., Veal D.L. The dimension of ice crystals in natural clouds // J. Atmos. Sci. 1970. V. 27, N 6. P. 919–926.
22. Heymsfield A. Ice crystal terminal velocities // J. Atmos. Sci. 1972. V. 29, N 7. P. 1348–1357.
23. Heymsfield A.J., Iaquinta J. Cirrus crystal terminal velocities // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57, N 7. P. 916–938.
24. Heymsfield A.J., Lewis S., Bansemer A., Iaquinta J., Miloshevich L.M., Kajikawa M., Twohy C., Poellot M.R. A general approach for deriving the properties of cirrus and stratiform ice cloud particles // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 1. P. 3–29.
25. Yang P., Hu Y.X., Winker D.M., Zhao J., Hostetler C.A., Poole L., Baum B.A., Mishchenko M.I., Reichardt J. Enhanced lidar backscattering by quasi-horizontally oriented ice crystal plates in cirrus clouds // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2000. V. 79–80. P. 1139–1157.
26. Sato K., Okamoto H. Characterization of Ze and LDR of nonspherical and inhomogeneous ice particles for 95-GHz cloud radar: Its implication to microphysical retrievals // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. D22213.
27. Stephens G.L., Tsay S.-C., Stackhouse P.W., Flatau P.J. The relevance of the microphysical and radiative properties of cirrusclouds to climate and climatic feedback // J. Atmos. Sci. 1990. V. 47. P. 1741–1753.
28. Mitchell D.L. A model predicting the evolution of ice particle size spectra and radiative properties of cirrus clouds. Part 1. Microphysics // J. Atmos. Sci. 1994. V. 51. P. 797–816.
29. Petty G.W., Huang W. The modified gamma size distribution applied to inhomogeneous and nonspherical particles: key relationships and conversions // J. Atmos. Sci. 2011. V. 68. P. 1460–1473.
30. Sato K., Okamoto H. Refinement of global ice microphysics using spaceborne active sensors // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D20202.
31. Heymsfield A.J., Bansemer A., Field P.R., Durden S.L., Stith J., Dye J.E., Hall W. Observations and parameterizations of particle size distributions in deep tropical cirrus and stratiform precipitating clouds: Results from in situ observations in TRMM field campaigns // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 24. P. 3457–3491.
32. Самохвалов И.В., Насонов С.В., Брюханов И.Д., Боровой А.Г., Кауль Б.В., Кустова Н.В., Коношонкин А.В. Анализ матрицы обратного рассеяния перистых облаков с аномальным обратным рассеянием // Изв. вузов. Физ. 2013. № 8/3. С. 281–283.
33. Балин Ю.С., Кауль Б.В., Коханенко Г.П. Наблюдение зеркально отражающих частиц и слоев в кристаллических облаках // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 4. С. 293–299.
34. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N. Backscattering by hexagonal ice crystals of cirrus clouds // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 15. P. 2881–2884.
35. 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.
36. Коношонкин А.В., Боровой А.Г. Зеркальное рассеяние света на ледяных кристаллах облаков и взволнованной поверхности воды // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 1. С. 64–69.
37. Коношонкин А.В. Рассеяние света на гексагональных ледяных кристаллах перистых облаков в приближении физической оптики: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, 2013. 24 c.
38. Borovoi A., Konoshonkin A., Kolokolova L. Glints from particulate media and wavy surfaces // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113, N 18. P. 2542–2551.
39. 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.
40. URL: ftp://ftp.iao.ru/pub/GWDT/Physical_optics/ Backscattering/Quasi-horisontally_oriented_plate/
41. 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.
42. Yang P., Baum B.A., Heymsfield A.J., Hu Y.X., Huang H.-L., Tsay S.-C., Ackerman S. Single-scattering properties of droxtals // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. V. 79–80. P. 1159–1169.
43. Коношонкин А.В., Боровой А.Г. Рассеяние света на атмосферных ледяных кристаллах и взволнованной поверхности воды // Изв. вузов. Физ. 2012. № 9/2. С. 128–130.