Спектральная поляризация радиационных потоков - глобальная характеристика загрязнения атмосферы Земли и радиационного форсинга на климат

Настоящий доклад ориентирован на приложения теории переноса поляризованного излучения [1] в космических проектах, направленных на исследования климатической системы. Состояние поляризации излучения Земли является наиболее информативным индикатором загрязнения атмосферы: степень поляризации в условиях чистой молекулярной атмосферы порядка 70--80\%, а при аэрозольных загрязнениях снижается до 2-12%!!! И не случайно Япония, США, ЕС запускают спутники с поляриметрической аппаратурой. Большие задачи связаны с проблемами использования "поляризационного контраста" во всевозможных приложениях разного назначения. Проблемы поляризации стали одной из ведущих тем прошедшего в Германии очередного Международного радиационного симпозиума: Текущее состояние атмосферной радиации, 6-10 августа 2012 года, Берлин (IRS2012). Для того чтобы оценить эффект влияния аэрозолей на развитие глобальных климатических изменений, в феврале 2011года запущен космический аппарат Glory. Научным руководителем этой космической миссии является уроженец Украины Михаил Мищенко, выпускник МФТИ, главный научный сотрудник Годдардовского Института космических исследований НАСА. По оценкам этой группы, на протяжении 1990-х годов слой тропосферных аэрозолей в среднем значительно уменьшился, то есть атмосфера нашей планеты стала прозрачнее. Таковы результаты исследований, проведенных в рамках Global Aerosol Climatology Project - совместного научного проекта НАСА и World Climate Research Programme. Если этот результат верен, то он означает, что глобальное потепление климата вызвано не только парниковым эффектом, но отчасти и тропосферными аэрозолями – это взвеси, содержащие черный углерод, например сажа, поглощают солнечное излучение, нагревая атмосферу.
Лесные пожары в разных странах и извержение вулкана в Исландии показали, насколько опасны аэрозоли - мельчайшие частички различных веществ, взвешенных в атмосфере Земли. Эти события лишний раз подтвердили: технический прогресс пока ничего не может противопоставить внезапному нашествию мириад пылинок природного или антропогенного происхождения. Судя по результатам исследований последних лет, атмосферный аэрозоль исключительно важен для формирования климата нашей планеты, поскольку он активно взаимодействует с солнечным излучением и способствует образованию облаков.
В настоящее время одной из актуальных задач ДЗЗ является исследование аэрозолей - самого неопределённого фактора в радиационном форсинге на климат. Особенно остро стоит проблема исследований их структуры и наиболее эффективным подходом является поляриметрия - это метод исследования аэрозолей по характеристикам рассеянного солнечного света. Рассеянные лучи несут важную информацию о свойствах частиц, в том числе об их размере, форме и показателе преломления. Для решения проблемы в последнее время интенсивно развивается метод, основанный на регистрации спектров отражённого поляризованного солнечного излучения в области полос поглощения кислорода (0.76 мкм) и водяного пара (1.87 мкм и др.). Здесь селективное газовое поглощение обеспечивает разную глубину проникновения прямой солнечной радиации в рассеивающий (отражающий) слой аэрозоля, что и позволяет получить информацию о его структуре. Для моделирования и обработки таких измерений авторами была разработана поляризационная модель переноса солнечной радиации, основанная на методах Line-by-Line (LbL) и Монте-Карло [2], позволяющая моделировать измерения с высокой точностью и любым спектральным разрешением. Помимо модели, в докладе будут рассмотрены информационные аспекты применения данного метода в ДЗЗ.
Работа выполняется при финансовой поддержке РФФИ (проекты 12-01-00009, 11-01-00021, 11-07-12006_офи_м-2011) и ПФИ РАН (проект № 3 (3.5) ОМН РАН).
ЛИТЕРАТУРА:
1. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М., БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
2. Fomin B.A., Falaleeva V.A. Line-by-Line and polarized Monte Carlo atmospheric radiative transfer model / Proceedings of International Radiation Symposium 2012 (IRS2012), 06–10 August 2012, Dahlem Cube, Berlin, Germany