Численное моделирование переноса теплового излучения дождевой атмосферы методом последовательных порядков рассеяния в микроволновом диапазоне

Изучение осадков с помощью космических наблюдений [1] является важной задачей дистанционного зондирования Земли. Одним из основных способов такого наблюдения является мониторинг облаков в микроволновом диапазоне. Так скорость выпадения осадков можно определить по интенсивности излучения облаков.
Для получения более анализа данных наблюдения и глубокого понимания явлений требуется численное моделирование теплового радиоизлучения осадков.
В рассеивании микроволнового излучения в анизотропных облачных средах существенны поляризационные эффекты. Поэтому расчёт полей излучения сводится к решению векторного уравнения переноса излучения в анизотропной среде. Для расчётов переноса микроволнового излучения в облачной атмосфере одним из наиболее целесообразных является метод последовательных кратностей рассеивания.
Метод последовательных порядков рассеяния является одним из хорошо известных методов решения задачи переноса излучения. Его эффективность с точки зрения скорости и точности вычислений уже была продемонстрирована для рассеивающих и поглощающих атмосфер в солнечном спектре. Он обеспечивает более интуитивно понятный и физически обоснованный подход, чем многие другие методы решения для уравнения переноса излучения, позволяя проверять отдельные порядки рассеяния и предоставляет ценную физическую информацию. Кроме того, он может быть применен к неоднородным средам или средам со сложной геометрией, как было продемонстрировано в исследованиях.
Настоящая работа направлена на теоретическую оценку интенсивности и поляризации теплового радиоизлучения осадков при их наблюдении микроволновыми радиометрами из космоса. Для достижения этих целей решается ряд задач, включая оценку радиационных свойств среды (дождя), численное решение задачи переноса излучения методом последовательных порядков рассеяния, и практическая реализация расчетов с использованием созданной модели.
Соответствующее численное решение системы уравнений переноса поляризованного излучения различных кратностей рассеяния практически реализовано в данной работе. Сравнением с ранее полученными результатами показано, что решение, полученное методом последовательных порядков рассеяния, обеспечивает хорошее соответствие с другими методами решения векторного уравнения переноса излучения. Показано, что для плоскослоистой модели среды метод последовательных кратностей рассеяния имеет значительные преимущества перед рядом других подходов.