Глобальная сферическая модель переноса излучения
в системе "Земля – атмосфера с многослойными облаками"

40 лет назад Т.А. Сушкевич разработала первую в мире модель переноса солнечного излучения в сферической атмосфере Земли в масштабах планеты [1], на основе которой были получены пионерские результаты по дистанционному зондированию аэрозольных и озоновых слоев, а также решены многие прикладные задачи освоения космического пространства и становления космических исследований.
Радиационное поле системы "атмосфера – земная поверхность" – это неотъемлемая компонента экосистемы и климата Земли. С другой стороны, радиационные характеристики системы являются носителями информации о состоянии окружающей среды, атмосферы, облачности, океана, гидрометеоров и всевозможных выбросов с загрязняющими примесями (последствия техногенных аварий, военных действий, лесных и степных пожаров, извержений вулканов и т.д.).
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 [2].
Впервые предлагается оригинальный универсальный математический аппарат для моделирования переноса излучения в многослойных неоднородных гетерогенных природных средах с существенно различными радиационными режимами в отдельных областях системы. Гетерогенной является, например, система "свободная атмосфера – многоярусная облачность – приземный слой атмосферы – океан (суша)". Подход основан на построении обобщенных решений в форме матричных функционалов, ядрами которых являются векторы функций влияния отдельных слоев системы. При этом функции влияния слоев с различными аэрозольными и молекулярными характеристиками рассеяния и поглощения и радиационными режимами можно рассчитывать разными методами в разных приближениях теории переноса излучения.
Такая постановка задачи приобретает актуальность в связи с проблемами фоторадиационной химии атмосферы (тропосферы, стратосферы и озоносферы в условиях сумерек, зари, терминатора, полярных регионов); информационного обеспечения томографии атмосферы Земли, в том числе рефрактометрическими методами и космическими системами, работающими в условиях наблюдений по горизонтальным трассам; дистанционного зондирования полярных регионов; созданием моделей спектрально-радиационного баланса Земли; фазовой яркости Земли для приборов космической навигации (возврат КА на Землю, навигация КА по Земле и т.п.); реализацией проектов дополнительных источников энергии на КА путем использования солнечного излучения, отраженного Землей и т.д.
Новые возможности предлагаемой модели связаны с верификацией инженерных прикладных методик и приближения плоских слоев, массово используемых для экспресс-анализа космических данных и в радиационных блоках для моделей климата, циркуляции, прогноза, фотохимической кинетики, динамики озоносферы, трансграничного переноса загрязнений воздушного бассейна и т.д..
Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (проекты 03-01-00132, 05-01-00202) и Российской академией наук (проект ОМН-3(4)).

1. Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической атмосфере // Отчет № О-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
2. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2005. 600 с.