Методы оценки микрофизических параметров ледяных кристаллов и атмосферных агрегатов для задач дистанционного зондирования атмосферы

Перистые (кристаллические) облака являются фактором существенной неопределенности в вопросах исследования климата планеты, интерпретации данных активного дистанционного зондирования атмосферы, а также в регулировке и калибровке работы спутников Земли. Основной составляющей перистых облаков являются ледяные частицы, варьирующиеся как по размеру, так и по форме и возможным ориентациям.

На данный момент с целью исследования микрофизических параметров атмосферных ледяных частиц был создан банк данных оптических характеристик базовых атмосферных кристаллов, таких как: столбики, пластинки, пули, дроксталлы и частицы произвольной формы. Банк данных используется при создании оптической модели перистого облака, которая является необходимой при интерпретации данных дистанционного зондировании атмосферы.

Однако наиболее актуальным вопросом на данный момент является изучение агрегатов – скопление частиц, касающихся друг друга в одной или множестве точек. Данный тип частиц остается малоизученным, несмотря на его существенную долю в облаке, из-за его принципиального отличия от единичных частиц: составные части агрегата могут отличаться по количеству, размеру, форме, степени разреженности и взаимному расположению. Проблемы в исследовании сложносочленненых частиц возникают, в том числе, из-за сложности траектории луча света, многократно отражающегося и преломляющегося в частице, что существенно увеличивает время, требуемое для решения задачи рассеяния света, от нескольких месяцев до многих лет.

Простейшей формой агрегата является агрегат из пуль «bullet-rosett» из-за взаимной ортогональности частиц и симметричности всей частицы в частности. Благодаря особенностям геометрии этого агрегата, ранее нами были открыты закономерности, позволяющие значительно ускорить процесс расчета для других форм при наличии симметрии в их строении. Однако, как отмечено ранее, неизученными остаются частицы, составляющие которых расположены хаотично. В ходе проведенного исследования для агрегатов из столбиков и пластинок было обнаружено, что оптические характеристики агрегатов соответствуют оптическим характеристикам частиц, из которых они состоят с поправкой на коэффициент, соответствующий геометрической тени агрегата. Данное открытие позволяет многократно снизить количество проводимых трудоемких вычислений и дополнить базу данных оптических характеристик, расширив её до несимметричных агрегатов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ No. 23-77-01084, https://rscf.ru/project/23-77-01084/.