Прикладная оптика атмосферы

• Автор: Смеркалов, Василий Андреевич
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 334 с. : ил.; 20х14 см

УДК 551.521+551.59+525.75+518:517
РеЦеНЗеНТт.
чл.-кор. РАН М. В. Кабанов (КТИ „Оптика” СО РАН), д-р техн. наук В. С. Давыдов (ВНЦ ГОИ), д-р физ.-мат. наук Г. И. Горчаков (ИФА РАН)
Посвящена разработке упрощенных (инженерных) алгоритмов расчета характеристик атмосферного светорассеяния. Критически анализируются существующие подходы определения ряда атмосферно-оптических характеристик. Предлагаются конечные аналитические алгоритмы расчета атмосферно-оптических характеристик, учитывающие влияние основных гелиогеофизических факторов. Прилагается сводная таблица инженерных алгоритмов расчета 32 спектроэнергетических характеристик атмосферы с указанием погрешностей и границ применимости алгоритмов. Излагается ряд методик упрощенного решения обратных задач теории переноса радиации и аэрозольного светорассеяния при обработке данных наземного и космического зондирования атмосферы. Обсуждаются вопросы стандартизации наиважнейших спектроэнергетических характеристик рассеянного излучения атмосферы.
Предназначена для специалистов, занимающихся определением атмосфернооптических характеристик и использованием их при проведении различного рода инженерных расчетов и прикладных исследований.
The monograph is dedicated to the development of simplified (engineering) algorithms for calculation of light scattering characteristics. Current techniques for the definition of a number of atmospheric optical characteristics are subjected to a critical analysis. Finite analytical algorithms for atmospheric optical characteristics calculations taking into account effects of the main heliogeophysical factors are suggested. A summary table of engineering algorithms for the calculation of 32 spectral energy characteristics of the atmosphere indicating errors and limits of algorithms applicability is presented. A number of techniques for a simplified solution of inverse problems of a theory for radiation transfer and aerosol light scattering when treating data of ground-based and space sounding of the atmosphere is stated. Questions of standardization of the most important spectral energy characteristics of the scattered atmospheric radiation are being discussed.
The book is intended for specialists concerned with investigations of atmospheric optical characteristics and making use of them in conducting different kinds of engineering calculations and applied researches.

069(02)
Без объявл.
© Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 1997 г.
ISBN 5-
ПРЕДИСЛОВИЕ
Понятие „прикладная оптика атмосферы” является пока не совсем привычным, не установившимся. Предстоит еще определить, какие разделы атмосферной оптики могут относиться к прикладным.
Данная монография касается лишь тех разделов оптики атмосферы, в изучение которых автору удалось внести определенный вклад.
Не вызывает сомнений, что приведенные в монографии конечные аналитические соотношения, аппроксимирующие зависимости между различными спектроэнергетическими характеристиками атмосферы, и другие материалы будут полезны при решении многих задач гидрометеорологии, агрометеорологии, океанологии, актинометрии, контроля загрязнений атмосферы, экологии, светотехники, исследования Земли из космоса, климатических расчетов и др.
Автор признателен М. В. Кабанову, В. С. Давыдову и Г. И. Горчакову за рецензирование книги, С. И. Авдюшину, Г. Ф. Тулино-ву, А. И. Лазареву, А. Г. Лактинову за постоянное внимание и поддержку в работе, В. С. Антюфееву, Н. П. Бобкову, С. В. Дыш-левскому и Л. К. Ушаковой за участие в проведении ряда совместных работ, В. И. Корзову за ознакомление с рукописью книги и полезные замечания, Н. К. Авдеевой и А. Ю. Лебедевой за печатание рукописи. -‘ >.

ВВЕДЕНИЕ
Атмосферная оптика, подобно астрономии, является одной из древнейших наук, она всегда занимала видное место в процессе познания окружающего мира. Происходящие в природе разнообразные атмосферно-оптические явления с давних пор привлекали внимание людей. Человек не только любовался красотой утренних и вечерних зорь, многоцветием радуг, удивлялся различного рода гало (в древних русских летописях они назывались галоса-ми), загадочными венцами около Луны и Солнца, глориями, нимбами, миражами и т. д., но хотел проникнуть в тайны их возникновения, отгадать, понять наблюдаемые им явления. Тем более что некоторые из явлений, в частности крест с Луной в центре, связывались с грядущими трагическими для народа событиями (голод, болезни, войны).
Многие явления атмосферной оптики по народным приметам считались предвестниками погоды. Так, говорили, что чистый золотистый или бледно-розовый закат — к хорошей погоде, багровокрасные зори — к ненастью. Малое гало считалось предвестником дождливой погоды (чем сильнее гало — тем скорее будет дождь). В книге М. Миннарта [114] (которую Г. В. Розенберг назвал эпитафией чисто наблюдательному этапу атмосферной оптики) указывается, что дождь начинается в среднем через 36 ч после появления гало.
Вплоть до начала XX в. основным содержанием атмосферной оптики являлось феноменологическое изучение связей между оптическими и метеорологическими явлениями в атмосфере; атмосферно-оптические явления относились к метеорологическим явлениям, а атмосферная оптика — к одному из разделов метеорологии.
Затем содержание и направление атмосферно-оптических исследований стало в корне изменяться. Еще задолго до начала Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. визуальные наблюде-

В знаменателе приведены погрешности (%)

У2 ([223])

100.
В табл. 1.12 представлены результаты расчета индикатрисы У2(0) по формуле (1.18) при анизотропном рассеянии света:
1)Г1 = 3,08; т8 = 0,259;
2) Г1 = 8,06; т3 = 0,1.
Таблица
Значения у1(9) и уг(0) (2 = го = 80")
6" У1<В) У 2 (1-18) у2(М-К) бу2 % УгФ) у2 (1.18) У 2 (М-К) бу2'%
х5 = 0,259; г1 = 3,08 % = о,1; Г1 = 8,06
0 598 .28,14 28,87 -2,5 221 19,9 19,6 1
10 6,94 3,36 3,92 -14,3 15,92 9,04 10,26 -11
20 2,94 2,15 2,28 -5,7 4,73 4,67 5,37 -13
30 1,98 1,74 1,86 -6,7 2,10 2,77 3,12 -11
40 1,37 1,42 1,55 -8,5 1,24 1,91 2,05 -6
60 0,755 1,00 0,977 2,3 0,557 1,00 0,980 2
90 0,424 0,705 0,742 -5,0 0,256 0,479 0,444 7
120 0,440 0,723 0,755 -4,2 0,195 0,351 0,312 1.1
150 0,600 0,873 0,779 12,0 0,214 0,372 0,314 18
В этой же таблице даются точные значения у (МгК), полученные методом Монте-Карло (см. табл. 1.1—1.10), и погрешности расчета значений У2(0) по формуле (1.18). Как видно из приведенных таблиц, угловой ход кратно рассеянной радиации, получаемый по формуле (1.18), согласуется с данными строгих расчетов.
1.2.4, Учет влияния подстилающей поверхности
В п. 1.2.2 была проведена аналитическая аппроксимация влияния кратных эффектов светорассеяния в предположений, что альбедо подстилающей поверхности д = 0. В действительности этого в дневных условиях никогда не бывает. Подсветка атмосферы отраженном от подстилающей поверхности светом может вносить значительный вклад в яркость дневного неба.