Четырнадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса"
XIV.D.384
Моделирование поляризационных характеристик уходящего солнечного излучения для исследования полярных облаков
Фалалеева В.А. (1), Чернокульский А.В. (1), Мамонтов А.Е. (1)
(1) Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН, Москва, Россия
Полярные регионы – одни из наиболее чувствительных к изменению климата [1]. При этом наибольшую неопределенность в оценки чувствительности климата к внешним воздействиям (например, антропогенному форсингу) вносит облачность [2], которая играет существенную роль в перераспределении потоков солнечного и теплового излучения. Помимо радиационного баланса некоторые облака, в частности полярные стратосферные, имеют воздействие на химию озона, что дополнительно указывает на важность их исследования [3]. Площадь облачного покрова Арктики в зависимости от сезона составляет от 70 до 95% [4]. В то же время, современные данные наблюдений за характеристиками полярных облаков характеризуются большой неопределённостью. Поскольку облака (а также аэрозоли) являются основными поляризующими факторами в атмосфере, применение поляризационных измерений для их исследования может повысить информативность ДЗЗ. А повышение спектрального разрешения поляриметрических приборов может дать новое качество в восстановлении вертикальной структуры рассеивающих слоёв [5].
Для оценки эффективности поляризационных измерений для изучения облачности в полярных регионах авторами были проведены численные эксперименты с моделью переноса излучения, строго учитывающей селективное газовое поглощение и процессы рассеяния с помощью полинейных (Line-by-Line) и Монте-Карло методов соответственно, а также методов из [6]. Модель была тщательно провалидирована с применением эталонных расчётов [7] и позволяет моделировать измерения поляризационных характеристик как солнечного [8], так и теплового [9] излучения с высокой точностью и требуемым спектральным разрешением. В данной работе обсуждаются модельные спектры измерений поляриметрических приборов в видимом и ближнем ИК-диапазоне в условиях полярного дня для различных характеристик облачности (высота, оптическая толщина) и подстилающей поверхности (лёд/открытая вода). Результаты численных экспериментов подтверждают повышение информативности спутниковых данных при использовании поляриметрических приборов для пассивного зондирования облачности, в том числе для условий Арктики.
Авторы выражают благодарность Борису Алексеевичу Фомину и Тамаре Алексеевне Сушкевич за консультации и всяческую поддержку.
Исследование проведено при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 16-35-00585, 15-01-00783, 14-01-00197).
Ключевые слова: Арктика, полярные облака, поляризация излучения
Литература:
- Serreze, M. C., and R. G. Barry Processes and impacts of Arctic amplification: A research synthesis. // Global and Planetary Change. 2011. V. 77. P. 85–96.
- Bony, S., et.al. Clouds, circulation and climate sensitivity. // Nature Geoscience. 2015. V. 8. P. 261–268.
- Solomon S., Garcia R.R. et al. On the depletion of Antarctic ozone. // Nature. 1986. V. 321. P. 755–758.
- Schweiger, A.J., Lindsay, R.W., Key, J.R., and Francis, J.A. Arctic Clouds in Multiyear Satellite Data Sets. // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 26. № 13. P. 1845-1848.
- Фалалеева В.А., Фомин Б.А. Спектроскопические проблемы в прямых задачах спутникового зондирования атмосферы и пути их преодоления. // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 09. С. 733–738.
- Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения // М.:~БИНОМ. Лаборатория знаний. 2005. 661 с.
- Fomin B., Falaleeva V. A Polarized Atmospheric Radiative Transfer Model For Calculations Of Spectra Of The Stokes Parameters Of Shortwave Radiation Based On The Line-By-Line And Monte Carlo Methods // Atmosphere. 2012. Vol. 3(4). P. 451–467.
- Fomin B.A., Falaleeva V.A. The vertical structure of aerosols and clouds derived from satellites equipped with high-resolution polarization sensors // International Journal of Remote Sensing. 2014. Vol. 35. №. 15. P. 5800–5811.
- Fomin B., Falaleeva V. Spectra of polarized thermal radiation in a cloudy atmosphere: Line-by-Line and Monte Carlo model for passive remote sensing of cirrus and polar clouds // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2016. Vol. 177. P. 301–317.
Презентация доклада
Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов
203