Моделирование поляризационных характеристик уходящего солнечного излучения для исследования полярных облаков

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).