УДК 551.521+561.59+525.76+518:517
Рецензент О*.
чл.-кор. РАН М. В. Кабанов (КТИ „Оптика” СО РАН), д-р техн. наук В. С. Давыдов (ВНЦ ГОИ), д-р физ.-мат. наук Г. И. Горчаков (ИФА РАН)
Посвящена разработке упрощенных (инженерных) алгоритмов расчета характеристик атмосферного светорассеяния. Критически анализируются существующие подходы определения ряда атмосферно-оптических характеристик. Предлагаются конечные аналитические алгоритмы расчета атмосферно-оптических характеристик, учитывающие влияние основных гелиогеофизических факторов. Прилагается сводная таблица инженерных алгоритмов расчета 32 спектроэнергетических характеристик атмосферы с указанием погрешностей и границ применимости алгоритмов. Излагается ряд методик упрощенного решения обратных задач теории переноса радиации и аэрозольного светорассеяния при обработке данных наземного и космического зондирования атмосферы. Обсуждаются вопросы стандартизации наиважнейших спектроэнергетических характеристик рассеянного излучения атмосферы.
Предназначена для специалистов, занимающихся определением атмосфернооптических характеристик и использованием их при проведении различного рода инженерных расчетов и прикладных исследований.
The monograph is dedicated to the development of simplified (engineering) algorithms for calculation of light scattering characteristics. Current techniques for the definition of a number of atmospheric optical characteristics are subjected to a critical analysis. Finite analytical algorithms for atmospheric optical characteristics calculations talcing into account effects of the main heliogeophysical factors are suggested. A summary table of engineering algorithms for the calculation of 32 spectral energy characteristics of the atmosphere indicating errors and limits of algorithms applicability is presented. A number of techniques for a simplified solution of inverse problems of a theory for radiation transfer and aerosol light scattering when treating data of ground-based and space sounding of the atmosphere is stated. Questions of standardization of the most important spectral energy characteristics of the scattered atmospheric radiation are being discussed.
The book is intended for specialists concerned with investigations of atmospheric optical characteristics and making use of them in conducting different kinds of engineering calculations and applied researches.
1805040400-19
069(02)-97
Без объявл.
© Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 1997 г.
ISBN 5-286-01231-0
ПРЕДИСЛОВИЕ
Понятие „прикладная оптика атмосферы” является пока не совсем привычным, не установившимся. Предстоит еще определить, какие разделы атмосферной оптики могут относиться к прикладным.
Данная монография касается лишь тех разделов оптики атмосферы, в изучение которых автору удалось внести определенный вклад.
Не вызывает сомнений, что приведенные в монографии конечные аналитические соотношения, аппроксимирующие зависимости между различными спектроэнергетическими характеристиками атмосферы, и другие материалы будут полезны при решении многих задач гидрометеорологии, агрометеорологии, океанологии, актинометрии, контроля загрязнений атмосферы, экологии, светотехники, исследования Земли из космоса, климатических расчетов и др.
Автор признателен М. В. Кабанову, B.C. Давыдову и Г. И. Горчакову за рецензирование книги, С. И. Авдюшину, Г. Ф. Тулино-ву, А. И. Лазареву, А. Г. Лактияову за постоянное внимание и поддержку в работе, В. С. Антюфееву, Н. П. Бобкову, С. В. Дыш-левскому и Л. К. Ушаковой за участие в проведении ряда совместных работ, В. И. Корзову за ознакомление с рукописью книги и полезные замечания, Н. К. Авдеевой и А. Ю. Лебедевой за печатание рукописи. А ;
” &&&■:. яр»
'' j.
В нашем случае благоприятствующим обстоятельством явилось то, что в ВЦ СО РАН методом Монте-Карло с большой точностью (су = 1...2 %) и достаточно малым шагом по углу рассеяния (0 = 0(0,5) 2(1)6 (2)10(5)180°) была рассчитана интенсивность нисходящего рассеянного излучения атмосферы на альмукантарате Солнца при весьма широких диапазонах изменения параметров (Гх-т- от 3,1 до 10,6; т3 от 0,1 до 0,256; — до 6,5).
Автор признателен М. А. Назаралиеву, любезно предоставившему, материалы расчетов, которые приводятся в табл.. 1.1—1.10.
По этим данным с достаточной точностью нами были определены значения интегралов
Н sec Zq exp (-т5 sec ZqY . . . , •
В таблицах работы [223] интенсивность нисходящего рассеянного излучения Ви при z = zq приводится лишь для небольшого
через 30° (семь углов рассеяния).
Но в данном случае все же выражение (1.16) может быть рассчитано весьма точно. Дело в том, что при чисто молекулярном рассеянии индикатриса яркости /н(0) является симметричной относительно угла рассеяния 0 = 90° и хорошо описывается многочленом вида 4 : .
Ш = а(1 + b cos2 0 + с cos4 0).
Тогда
:т ;4а (1 f + f)
Н sec Zq exp [-Ts sec Zq]*
Для определения коэффициентов a, b и с мы использовали три значения /н(0), а именно: максимальное, минимальное и среднее. Коэффициент с во всех случаях получался весьма малым (~0,001).
Я-
0
и по ним — яркостные толщины атмосферы тн
о
числа углов рассеяния, соответствующих азимутам А = 0...1800
32
Обработав изложенным выше образом данные расчетов, выполненных в ВЦ СО РАН для замутненной атмосферы, и данные [223] для чисто молекулярной атмосферы, нам удалось получить весьма надежный массив значений оптических толщин Т2 для широких диапазонов изменения параметров т3, Г-^ и т0. По этому массиву значений І2 было подобрано аналитическое соотношение вида
достаточно хорошо аппроксимирующее зависимость Т2 от т5, Г* и т0. Средняя 3 и средняя квадратическая а погрешности аппроксимации функции Т2 выражением (1.17) в пределах изменения значений 1,3 < то < 10,4; 1<Гх<8;т5<1; т ота < 5 составляют: 5 = -2,4 %; а = 4,0 %.
Определив по данным строгих расчетов массив значений І2, представляется возможным получить соответствующий массив модельных значений индикатрис кратного светорассеяния У2(0), используя соотношение
равным 1. Точные значения коэффициента с рассчитываются по формуле
(1.17)
_ 4я [/„(0) - /,(©)] у2(0) = .
Чисто эвристическим путем было получено соотношение
У2(6) = С Г~2(0).
(1.18)
где
При оценочных расчетах коэффициент с может приниматься
2
с =
я
\ Уг(0) 8*п 0 ^0
о
3 Заказ 531
33
- Киев+380960830922