Модель дистанционного зондирования земной поверхности (суша, океан) с учетом поляризации излучения

В интересах международной кооперации по аэрокосмическому глобальному мониторингу Земли, а также международного глобального проекта по изучению эволюции Земли, климата и опасных явлений требуется разработка нового математического обеспечения для решения прямых и обратных задач теории переноса излучения в природных средах, реализуемого на высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных системах (Сушкевич, 2005).

Предлагается оригинальный универсальный математический аппарат для моделирования трехмерного переноса оптического излучения в неоднородной системе "атмосфера-земная поверхность" с учетом поляризации и деполяризации, которое описывается вектором параметров Стокса. Подход основан на построении обобщенных решений общей векторной краевой задачи для кинетического уравнения в форме векторных функционалов, ядрами которых являются тензоры функций влияния или пространственно-частотных характеристик. При этом компоненты тензоров функций влияния и пространственно-частотных характеристик с учетом аэрозольных и молекулярных характеристик рассеяния и поглощения среды можно рассчитывать разными методами в разных приближениях теории переноса излучения.

Пространственно-частотные характеристики являются фурье-образами функций влияния по горизонтальным координатам. Функции влияния и пространственно-частотные характеристики – это универсальные функции, инвариантные относительно характеристик состояния поляризации, горизонтальных вариаций и угловых зависимостей граничных условий и источников излучения. Имея набор таких инвариантных функций, с помощью построенных рядов Неймана можно рассчитать "сценарий" распределения яркости земной поверхности с различными конкретными пространственными и угловыми структурами источников и ядер операторов отражения с учетом многократного рассеяния и поляризации в атмосфере, а также значения вектора Стокса в любой внутренней точке системы или за её пределами.

Выбор способа расчета функционалов – через функции влияния или в фурье-образах через пространственно-частотные характеристики – зависит от свойств функций, описывающих характеристики закона отражения поверхности и источников, а также от конкретных приложений.

Такая постановка задачи приобретает актуальность в связи с новыми проблемами дистанционного зондирования поверхности суши и океана и идентификации объектов. Новые возможности предлагаемой модели связаны с верификацией инженерных прикладных методик, массово используемых для экспресс-анализа космических данных и в радиационных блоках для моделей климата, циркуляции, прогноза, трансграничного переноса загрязнений воздушного бассейна, последствий техногенных аварий, состояния растительного покрова и т.д.

Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (проекты 06-01-00666, 05-01-00202) и Российской академией наук (проект ОМН-3(4)).

Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2005. 661 с.