Перенос солнечного излучения в разорванной горизонтально неоднородной облачности при наблюдении из космоса

Покрывая большую часть земного шара, облачность оказывает существенное влияние на погоду и климат Земли. Данные об оптико-геометрических характеристиках облаков являются важным звеном успешного решения широкого круга задач оптики и физики атмосферы. Для восстановления оптических и микрофизических параметров пространственно неоднородной облачности разработаны методы, реализующие как традиционные способы обращения данных спутниковых измерений рассеянной радиации в солнечном диапазоне спектра (G. Plass and G. Kattawar, 1968; M. King, 1987), так и альтернативные подходы, получившие развитие благодаря большим возможностям современной вычислительной техники (T. Faure et al., 2001; C. Cornet et al., 2004; R. Okamura et al., 2017). Общая идея альтернативного способа решения обратной задачи состоит в совместном использовании реалистичных моделей облачных полей и результатов 3D моделирования переноса солнечной радиации в облачной атмосфере для построения соответствующей нейронной сети. Анализ проведенных расчетов показал, что результаты восстановления оптико-микрофизических параметров облаков (оптической толщины, эффективного радиуса капель) новым способом оказались более точными по сравнению с результатами, полученными в рамках действующего в настоящее время LUT (Look-Up-Table) подхода, реализованного в предположении однородной плоскопараллельной облачности. Новый подход успешно апробирован на примере экспериментальных данных MODIS (Cornet et al., 2005).
Высокая потребность в разработке отечественных методов обработки данных дистанционного зондирования аэрозоля и облаков обуславливает необходимость создания оригинального алгоритмического аппарата, за основу которого может быть взят рассмотренный подход.
В работе представлены результаты моделирования переноса солнечного излучения в разорванной горизонтально неоднородной облачности для разных реализаций облачных полей, различных значений зенитных углов освещения и наблюдения, длины волны и оптических характеристик среды и подстилающей поверхности. Анализируются особенности спектрально-углового распределения полей яркости в зависимости от этих факторов. Приводится краткое описание базы данных, содержащей значения интенсивности отраженной радиации и предназначенной для обучения нейронной сети.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-71-10076, https://rscf.ru/project/21-71-10076/.