Том 32, номер 03, статья № 3

Аннотация:

Описан алгоритм интерпретации матриц обратного рассеяния света (МОРС), экспериментально полученных на уникальном высотном поляризационном лидаре Национального исследовательского Томского государственного университета при зондировании перистых облаков. На основе базы данных МОРС, теоретически рассчитанных в рамках приближения физической оптики, сделана оценка микрофизических характеристик перистых облаков, таких как размер, ориентация и форма частиц, а также процентное соотношение частиц разной формы.

Ключевые слова:

матрица обратного рассеяния света, ледяные кристаллы, перистые облака, метод физической оптики, поляризационный лидар

Список литературы:

1. Stephens G.L., Tsay S.-C., Stackhouse Jr.P.W., Flatau P.J. The relevance of the microphysical and radiati­ve properties of cirrus clouds to climate and climatic feed­back // J. Atmos. Sci. 1990. V. 47, N 14. P. 1742–1754.
2. Hong G. Parameterization of scattering and absorption properties of nonspherical ice crystals at microwave frequencies // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. Р. D11208.
3. Takano Y., Liou K.-N. Radiative transfer in cirrus clouds. Part III: Light scattering by irregular ice crystals // J. Atmos. Sci. 1995. V. 52, N 7. P. 818–837.
4. Самохвалов И.В. Влияние ориентации кристаллов льда в перистых облаках на потоки прямой и рассеянной солнечной радиации // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60, № 11. С. 138–140.
5. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N., Okamoto H. Backscattering Mueller matrix for quasihorizontally oriented ice plates of cirrus clouds: Application to CALIPSO signals // Opt. Express. 2012. V. 20, N 27. P. 28222–28233.
6. Samokhvalov I.V., Nasonov S.V., Stykon A.P., Bryukhanov I.D., Borovoi A.G., Volkov S.N., Kustova N.V., Konoshonkin A.V. Investigation of phase matrices of cirrus containing ensembles of oriented ice particles // Proc. SPIE. 20th Int. Sympos. on Atmos. Ocean Opt.: Atmos. Phys. 2014. V. 9292. 6 p. DOI: 10.1117/12.2075562.
7. Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Теория и результаты лазерного зондирования ориентированных кристаллических частиц в облаках // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 12. С. 1051–1057.
8. Ромашов Д.Н., Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Банк данных для интерпретации результатов поляризационного зондирования кристаллических облаков // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 9. С. 854–861.
9. Самохвалов И.В., Бобровников С.М., Гейко П.П., Ельников А.В., Кауль Б.В. Развитие высотного лидара Томского государственного университета как уникального комплекса для мониторинга атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 11. С. 995–999.
10. Самохвалов И.В., Насонов С.В., Брюханов И.Д., Боровой А.Г., Кауль Б.В., Кустова Н.В., Коношонкин А.В. Оценка параметров микроструктуры перистых облаков с аномальным обратным рассеянием поляризационным лидаром // Лазеры. Измерения. Информация. 2013: сб. докл. 23-й Междунар. конф. Т. 3. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. С. 295–307.
11. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г., Шишко В.А., Гринько Е. Решение задачи рассеяния света на гексагональной ледяной пластинке методами Галеркина, дискретных диполей и физической оптики // Изв. вузов. Физика. 2016. Т. 59, № 12-2. С. 156–159.
12. Wang Z., Шишко В.А., Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г., Матвиенко Г.Г., Xie Ch., Liu D., Wang Y. Исследование перистых облаков поляризационным лидаром в юго-восточном Китае (г. Хефей) // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 12. С. 1050–1052; Wang Z., Shishkо V.А., Kоnоshonkin А.V., Kustovа N.V., Borovoi А.G., Маtvienkо G.G., Xie Ch., Liu D., Wang Y. The study of cirrus clouds with the polarization lidar in the South-East China (Hefei) // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 3. P. 234–235.
13. URL: ftp://ftp.iao.ru/pub/GWDT/Physical_optics/Backscattering/ (last access: 7.10.2018).
14. Kox S., Bugliaro L., Ostler A. Retrieval of cirrus cloud optical thickness and top altitude from geostationary remote sensing // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 10. P. 3233–3246.
15. Волковицкий О.А., Павлова Л.Н., Петрушин А.Г. Оптические свойства кристаллических облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 200 с.
16. Okamoto H., Sato K., Hagihara Y. Global analysis of ice microphysics from CloudSat and CALIPSO: Incorporation of specular reflection in lidar signals // J. Geophys. Res. 2010. V. 115, N 22. P. D22209. DOI: 10.1029/2009JD013383.
17. Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Ориентация частиц кристаллических облаков Ci: Часть 1. Ориентация при падении // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 11. С. 963–967.
18. Sato K., Okamoto H. Characterization of Ze and LDR of nonspherical and inhomogeneous ice particles for 95-GHz cloud radar: Its implication to microphysical retrievals // J. Geophys. Res. 2006. V. 111, N 22. P. D22213.
19. Mitchell D.L., Arnott W.P. A model predicting the evolution of ice particle size spectra and radiative properties of cirrus clouds. Part II. Radiation // J. Atmos. Sci. 1994. V. 51. P. 817–832.
20. Auer A.H., Veal D.L. The dimension of ice crystals in natural clouds // J. Atmos. Sci. 1970. V. 27, N 6. P. 919–926.
21. Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Shishko V.A., Borovoi A.G. The technique for solving the problem of light backscattering by ice crystals of cirrus clouds by the physical optics method for a lidar with zenith scanning // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 3. P. 252–262.
22. Heymsfield A.J., Bansemer A., Field P.R., Durden S.L., Stith J.L., Dye J.E., Hall W., Grainger C.A. Observations and parameterizations of particle size distributions in deep tropical cirrus and stratiform precipitating clouds: Results from in situ observations in TRMM field campaigns // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 24. P. 3457–3491.
23. Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Физические факторы, определяющие пространственную ориентацию частиц кристаллических облаков // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 1. С. 27–34.
24. Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Ориентация частиц в кристаллических облаках Ci: Часть 2. Азимутальная ориентация // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 1. С. 44–46.
25. Shishko V.A., Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Borovoi A.G. Main types of optical beams giving predominant contributions to the light backscatter for the irregular hexagonal columns // Proc. SPIE. 2017. V. 10466. Р. 1046646.
26. Shishko V.A., Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Borovoi A.G. Influence of cirrus clouds ice crystal's deformation on the backscattering matrix calculated within the physical optics approximation // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. Р. 100353.
27. Konoshonkin A., Borovoi A., Kustova N., Reichardt J. Power laws for backscattering by ice crystals of cirrus clouds // Opt. Express. 2017. V. 25, N 19. P. 22341–22346.
28. Samokhvalov I.V., Kaul B.V., Bryukhanova V.V., Doroshkevich A.A., Zege E.P., Chaikovskaya L.I., Malinka А.V. Correction for distortions in lidar measurements of cloud backscattering phase matrices caused by multiple scattering // Russ. Phys. J. 2008. V. 51, N 9. P. 958–964.
29. Um J., McFarquhar G.M., Hong Y.P., Lee S.-S., Jung C.H., Lawson R.P., Mo Q. Dimensions and aspect ratios of natural ice crystals // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 7. P. 3933–3956.