Том 34, номер 12, статья № 7

Коршунов В. А. Многократное рассеяние в перистых облаках и его учет при интерпретации лидарных измерений в стратосфере. // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 12. С. 969–975. DOI: 10.15372/AOO20211207.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

С использованием метода Монте-Карло исследовано многократное рассеяние в перистых облаках, возникающее при лидарном зондировании атмосферы. Расчеты выполнены для модельных индикатрис рассеяния, соответствующих кристаллическим частицам перистых облаков размерами от 20 до 100 мкм. Проведен критический анализ некоторых известных методов учета многократного рассеяния в перистых облаках. Выполнены численные эксперименты по зондированию перистых облаков и стратосферного аэрозоля с поверхности Земли с калибровкой сигналов на высоте 30 км. Показано, что без учета многократного рассеяния в этой схеме измерений возникает значительное искажение высотного профиля коэффициента обратного рассеяния в перистых облаках и над ними, и в то же время погрешности определения оптической толщины облаков остаются незначительными. Предложена и апробирована в численных экспериментах итерационная схема учета многократного рассеяния. Проведено сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными.

Ключевые слова:

перистые облака, стратосфера, лидарное зондирование, многократное рассеяние

Список литературы:

1. Hong Yu., Liu G., Li J.-L.F. Assessing the radiative effects of global ice clouds based on CloudSat and CALIPSO measurements // J. Climate. 2016. V. 29. P. 7651–7674.
2. Baran A.J. A review of the light scattering properties of cirrus // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110. P. 1239–1260.
3. Platt C.M.R. Lidar and radiometric observations of cirrus clouds // J. Atmos. Sci. 1973. V. 30. P. 1191–1204.
4. Hogan R.J. Fast approximate calculation of multiply scattered lidar returns // Appl. Opt. 2006. V. 45, N 23. P. 5984–5992.
5. Hoareau C., Keckhut P., Noel V., Chepfer H., Baray J.-L. A decadal cirrus clouds climatology from ground-based and spaceborne lidars above the south of France (43.9° N–5.7° E) // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 6951–6963.
6. Thorsen T.J., Fu Q. Automated retrieval of cloud and aerosol properties from the ARM Raman lidar. Part II: Extinction // J. Atmos. Ocean. Technol. 2015. V. 32. P. 2000–2023.
7. Garnier A., Pelon J., Vaughan M.A., Winker D.M., Trepte C.R., Dubuisson P. Lidar multiple scattering factors inferred from CALIPSO lidar and IIR retrievals of semi-transparent cirrus cloud optical depths over oceans // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 2759–2774. DOI: 10.5194/amt-8-2759-2015.
8. Sassen K., Comstock J.M. A midlatitude cirrus cloud climatology from the facility for atmospheric remote sensing. Part III: Radiative properties // J. Atmos. Sci. 2001. V. 58. P. 2123–2137.
9. Seifert P., Ansmann A., Müller D., Wandinger U., Al­thausen D., Heymsfield A.J., Massie S.T., Schmitt C. Cirrus optical properties observed with lidar, radiosonde, and satellite over the tropical Indian Ocean during the aerosol-polluted northeast and clean maritime southwest monsoon // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. D17205. DOI: 10.1029/2006JD008352.
10. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике / под ред. Г.И. Марчука. Новосибирск: Наука, 1976. 100 с.
11. Ice cloud scattering models. URL: http://stc-se.com/ data/bbaum/Ice_Models/UV-FarIR_SpectralModels.html (дата обращения: 17.03.2021).
12. Baum B.A., Yang P., Heymsfield A.J., Bansemer A., Benjamin H., Cole B.H., Merrelli A., Schmitt C., Wang C. Ice cloud single-scattering property models with the full phase matrix at wavelengths from 0.2 to 100 mm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 146. P. 123–139.
13. Коношонкин А.В., Боровой А.Г., Кустова Н.В., Шишко В.А., Тимофеев Д.Н. Рассеяние света на атмосферных ледяных кристаллах в приближении физической оптики. Новосибирск: СО РАН, 2020. 219 с.
14. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N. Backscatte­ring by hexagonal ice crystals of cirrus clouds // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 15. P. 2881–1884.
15. Shishko V.A., Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Timofeev D.N., Borovoi A.G. Coherent and incoherent backscattering by a single large particle of irregular shape // Opt. Express. 2019. V. 27. N 23. P. 32984–32993.
16. Zhou С. Yang P. Backscattering peak of ice cloud particles // Opt. Express. 2015. V. 23, N 9. P. 11995–12003.
17. Winker D. Accounting for multiple scattering in retrievals from space lidar // Proc. SPIE. 2003. V. 5059. P. 128–139.
18. Fernald F.G. Analysis of atmospheric lidar observations: some comments // Appl. Opt. 1984. V. 23, N 5. P. 652–653.
19. Platt C.M.R., Young S.A., Austin R.T., Patterson G.R., Mitchell D.L., Miller S.D. LIRAD observations of tropical cirrus clouds in MCTEX. Part I: Optical properties and detection of small particles in cold cirrus // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 22. P. 3145–3162.
20. Gouveia D.A., Barja B, Barbosa H.M.J., Seifert P., Baars H., Pauliquevis T., Artaxo P. Optical and geometrical properties of cirrus clouds in Amazonia derived from 1 year of ground-based lidar measurements // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 3619–3636.
21. Kienast-Sjögren E., Rolf C., Seifert P., Krieger U.K., Bei P. Luo B.P., Krämer M., Peter T. Climatological and radiative properties of midlatitude cirrus clouds derived by automatic evaluation of lidar measurements // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 7605–7621.
22. Иванов В.Н., Зубачев Д.С., Коршунов В.А., Сахибгареев Д.Г. Сетевой лидар АК-3 для зондирования средней атмосферы: устройство, методы измерений, результаты исследований // Тр. ГГО. 2020. Вып. 598. C. 155–187.
23. Sassen K., Cho B.S. Subvisual – thin cirris lidar dataset for satellite verification and climatological research // J. Appl. Meteorol. 1992. V. 31. P. 1275–1285.