Влияние ориентации несферических частиц гидрометеоров на поляризационные характеристики теплового радиоизлучения дождевой атмосферы в микроволновом диапазоне.

Многочастотные измерения теплового микроволнового излучения гидрометеоров долгое время успешно использовались для определения количества осадков, содержания жидкой воды в облаках и других параметров атмосферы с помощью наземных и космических радиометров. Обычно измеряется не более двух поляризационных характеристик микроволнового излучения: сумма и разность интенсивности излучения в двух ортогонально поляризованных каналах. Однако хорошо известно, что состояние поляризации теплового микроволнового излучения полностью описывается четырьмя измеряемыми величинами, а именно, четырехкомпонентным вектором Стокса, также называемым четырьмя параметрами Стокса. Две вышеуказанные поляризационные характеристики являются первым и вторым параметром Стокса соответственно. Третий и четвертый параметры характеризуют взаимную корреляцию между двумя ортогонально поляризованными каналами. Пассивные измерения последних двух параметров Стокса излучения атмосферных осадков из космоса, насколько известно авторам, до сих пор не проводились. Однако, наземные измерения этих параметров показывают, что пренебрегать ими, вообще говоря, нельзя.
Существует несколько причин, по которым гидрометеоры являются источниками микроволнового излучения с ненулевым третьим параметром Стокса [1]. К ним относятся: рассеяние микроволнового излучения, падающего на несферические предметы (ледяные кристаллы облаков или плоские капли дождя); рассеяние микроволнового излучения, исходящего от капель дождя несферической поверхностью; и, наконец, многократное рассеяние волн в объеме дождя и облаков [2]. Кроме того, необходимо учитывать рассеяние микроволнового излучения дождя морскими волнами, а также влияние пространственных неоднородностей осадков (дождевых ячеек) на микроволновое излучение океана и суши. Цанг [3] отмечает, что «...величины третьего и четвертого параметров очень чувствительны к распределению ориентации частиц. Они могут быть очень хорошими кандидатами для извлечения информации об распределении ориентации частиц при пассивном дистанционном зондировании». Поэтому одной из целей данной статьи является оценка величины третьего параметра Стокса для гидрометеорного сценария. Благодаря этим оценкам, в значительной степени поляриметрические измерения восходящего микроволнового излучения от системы «облачная атмосфера с дождем над взволнованной поверхностью моря или земли» с помощью космических микроволновых радиометров являются многообещающей перспективой. Мы ожидаем, что измерения третьего параметра Стокса предоставят дополнительную информацию для извлечения физических параметров дождевой атмосферы, определения областей дождя над сушей и океаном и определения структуры фазы облаков. Подходы к расчету поляризационных характеристик теплового радиоизлучения атмосферных осадков сформулированы в работах [4,5].
В настоящей работе проделаны систематические расчеты переноса поляризованного теплового радиоизлучения микроволнового диапазона прямым численным решением векторного уравнения переноса излучения в анизотропной среде. C использованием моделей плоского слоя результаты численного моделирования получены для ряда длин волн сантиметрового и миллиметрового диапазона и дождевых осадков различной интенсивности. Исследованы эффекты, связанные с наклоном осей падающих дождевых капель несферической формы. Показано, что предположение о наклоне осей дождевых капель позволяет в целом объяснить наблюдаемые закономерности в поведении третьего параметра Стокса U.