Исследование оптических характеристик системы земная поверхность - атмосфера методами теории трехмерного переноса

• Автор: Мишин, Игорь Васильевич
• Шифр специальности: 05.07.12, 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 300 с. : ил

Введение.

Глава 1. Краевые задачи теории переноса солнечного излучения

в атмосфере

1.1. Вводные понятия и обозначения.

1.2. Сведения о коэффициентах краевых задач

1.2.1. Общие сведения.

1.2.2. Модель коэффициента отражения

1.2.3. Оптические модели атмосферы

1.3. Классификация краевых задач.

1.4. Общие методы решения краевых задач

1.4.1. Принцип декомпозиции и стандартные преобразования .

1.4.2. Метод кратных переотражений
1.4.3. Метод пространственно частотных характеристик
1.4.4. Метод одномерных оценок
Глава 2. Математические модели переноса излучения.
2.1. Скалярная модель переноса излучения в горизонтально однородной атмосфере над неоднородной ортотропкой поверхностью . .
2.2. Скалярная модель переноса излучения в горизонтально однородной атмосфере над неоднородной нсортотропной поверхностью. .
2.3. Скалярные модели переноса излучения в горизонтально неоднородной атмосфере над неоднородной ортотропной поверхностью .
2.4. Векторные модели.
2.5. Скалярная модель переноса излучения над
неровной поверхностью.
Глава 3. Численные методы.
3.1. Общая характеристика численных методов.
3.2. Метод функции источника на основе диффузионно транспортного приближения.
3.2.1. Одномерные радиационные характеристики
горизонтально однородной атмосферы.
3.2.2. Трехмерные радиационные характеристики
горизонтально однородной атмосферы
3.2.3. Одномерные и трехмерные радиационные характеристики горизонтально неоднородной атмосферы
3.3. Тестовые расчеты.
Глава 4. Моделирование передаточных свойств горизонтально
однородной атмосферы.
4.1. Оценка нелинейности системы переноса излучения
4.2. Оптический передаточный оператор атмосферы
4.3. Атмосферные искажения пространственной структуры
оптических изображений земной поверхности
4.3.1. Профили яркости тест объектов.
4.3.2. Боковой подсвет.
4.3.3. Пространственные искажения имитационных
и реальных изображений.
Глава 5. Исследование закономерностей переноса излучения
в горизонтально неоднородной атмосфере.
5.1. Оценка горизонтальных вариаций поля яркости
излучения в безоблачной атмосфере
5.2. Оценка горизонтальных вариаций поля яркости
излучения в слоистообразном облаке.
5.3. Оптическая пространственно частотная характетеристика горизонтально неоднородного облака.
5.4. Влияние горизонгальных неоднородностей атмосферы на
степень поляризации регистрируемого излучения
Глава 6. Обратные задачи восстановления оптических
характеристик подстилающей поверхности.
6.1. Восстановление альбедо ортотропной подстилающей
поверхности по распределению яркости уходящего излучения . .
6.2. Восстановление коэффициента отражения неортотрошгой подстилающей поверхности по распределению яркости
уходящего излучения
6.3. Восстановление коэффициента отражения подстилающей поверхности по наземным измерениям коэффициента яркости . .
6.4. Восстановление альбедо и освещенности подстилающей поверхности по известному потоку уходящего излучения. . . .
6.5. Восстановление альбедо подстилающей поверхности
по известной яркости поляризованного излучения.
Глава 7. Обратные задачи восстановления оптических
параметров атмосферы.
7.1. Параметрические модели атмосферы
7.2. Классификация методов восстановления оптических
параметров атмосферы.
7.3. Восстановление оптических параметров атмосферы
над ортотрогшой поверхностью с однородным альбедо.
7.4. Восстановление оптических параметров атмосферы
над ортотропной поверхностью с неоднородным альбедо. . . .
Глава 8. Атмосферная коррекция данных космической съемки.
8.1. Средства космической съемки
8.2. Выбор параметров съемочной аппаратуры
8.3. Постановка и методы решения задачи атмосферной коррекции. .
8.5. Фотометрическая коррекция космических снимков
8.6. Определение параметров атмосферы и поверхности
по данным многоугловых измерений
8.7. Коррекция актинометрических измерений
Заключение.
Приложение 1.
Приложение 2.
Приложение 3
Приложение 4.
Литература


V матрица поворота 8,8. К г, г,вв, рг, 8,, А г, б,б в наиболее общем виде. Прочие краевые задачи будем называть трехмерными. В следующем пункте рассмотрены оптические модели атмосферы, использованные в численных расчетах. Сведения о коэффициентах краевых задач 1. О средних оптических характеристиках атмосферы и подстилающей поверхности накоплен большой фактический материал. Значения указанных высотных распределений для заданного района составляют оптическую модель атмосферы. Наиболее употребительными в настоящее время являются модели Элтермана 7 9, МакКлатчи 3, КрековаРахимова 3. Наряду с ними употребляются упрощенные модели однородной и экспоненциальной атмосферы 6. Оптические модели атмосферы включают составной частью модели облаков. Классификация и параметры слоистообразной облачности приводятся в 3. Подробное описание оптических моделей облаков содержатся в , 9, 3, 4. Поверхности по типу отражения в соответствии с классификацией В. Для ортотропной поверхности индикатриса отражения вырождена Уг, б,б 1 и альбедо поверхности не зависит от з0. Опытные данные о горизонтальных вариациях атмосферы, облаков и подстилающей поверхности весьма многообразны. К ним, например, относятся получаемые во всем мире изображения земной поверхности из космоса. При статистическом анализе горизонтальных неоднородностей определяются характерный масштаб случайных вариаций и их амплитуда. Горизонтальные вариации оптических параметров носят произвольный характер и задаются функциями, в качестве которых могут выступать любые реализации того или иного случайного процесса. Как было указано в п. Тг, , 1. Т Г, 3, рГ, 8,8оЯГ, . Из 1. Т ,0 1. При ортотропном отражении ,,0 1, ,0 1, , , 0 , т. В эксперименте определяются коэффициенты яркости однородных поверхностей, связанные с ,0 . Поэтому при моделировании неоднородного коэффициента отражения неизбежно используются данные о ,0 . Кроме того, при моделировании используются упрощенные конструкции коэффициента отражения. Яг Я яг, , 1. Я г яг я вариация. При переходе к однородной поверхности рСго рво, я г я из 1. Бо . Т в,во я Бо я. С учетом 1. Яг,з0 яг яя. Если под яг Я понимать альбедо ортотропной поверхности, то при переходе к ортотропной поверхности Яг,з0яг я3оЯ формула 1. Чг 1яЧг,5ЩМб 1. Функция яг это альбедо эффективной неоднородной ортотропной поверхности, связанное с альбедо реальной поверхности формулой 1. Аналогично я альбедо эффективной однородной ортотропной поверхности. Теперь ясен физический смысл функции в,во . Именно, согласно 1. Полученные формулы дают алгоритм для вычисления коэффициента отражения вида 1. Этот алгоритм состоит в следующем. Сначала задается коэффициент отражения реальной однородной подстилающей поверхности р8,8о . Далее рассчитывается среднее альбедо эффективной ортотропной поверхности ИЗ 1. Наконец, из 1. Р г, 8, я г яЬрио . С учетом 1. В силу тахяг я всегда 8 1. Пусть я г
яг я пахягя1 Г1 Я гтахяг приведенная
вариация альбедо, тахя г 1. Тогда
Р Г, 8, Р З. Я Г, Б0 Я5о 1 еяг. Представления 1. Факторизация угловой и пространственной зависимости существенно облегчает построение моделей переноса излучения в системе земная поверхность атмосфера, но слабо отвечает физической реальности. Для более адекватного представления рг,8, обобщим конструкцию 1. Ьпг. Тогда
рг,8,Яо Ьпгрп8,, 1. Ьпг 1. Определение предела суммирования является самостоятельной задачей. С помощью 1. ЗСЬпРпво . Здесь числа Ьп представляют собой веса соответствующих угловых мод. Ьпг Ьп Кпг . С учетом 1. ЬП Кпг р5А 1. Соответственно
ЧГ, во X Ьп г сп Бо 1. Лво 1я 1рпорЗз. При переходе к ортотропной поверхности яг,з0 , ЧЭо Я из . Яг 2Ь Ьпг п , 1. I Ьяп, 1. Чп 1я ч 8 ц с1з. Л1ахп г Еп , 1. Еьв1 еа г рп в, , 1. Чга I Ь1 еЬп гч, 1. Ьпг Ьпг тахЬпг, шахЬп г 1. При переходе к ортотропной поверхности яг,з0 я г имеем
Я г 1Ьа1 епЬпМгяп . При п 1 следует положить 1 1 г я г . В настоящей работе были приняты оптические модели безоблачной атмосферы ШифринаМинина 4, Элтермана 8, КрековаРахимова 3, а также модель облачного слоя Дейрмейджана .