Гибридный метод решения задачи рассеяния света на атмосферных ледяных кристаллах перистых облаков для задач дистанционного зондирования

Перистые облака оказывают существенное влияние на радиационный баланс планеты и являются важным параметром в теме дистанционного зондирования атмосферы. Для корректной интерпретации данных дистанционных измерений необходимы модели рассеяния света на перистых облаках, и в частности, на составляющих их ледяных кристаллах. Расчёт методом физической оптики, разработанного в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, позволяет корректно учитывать волновые эффекты и особенности рассеяния в направлениях «вперёд» и «назад», однако его вычислительная сложность и, соответственно, время расчёта возрастает с увеличением размера частицы. Геометрическая оптика, напротив, обеспечивает высокую скорость вычислений, но не предоставляет адекватного физического решения в указанных угловых областях.
В данной работе рассмотрен разработанный гибридный метод расчёта оптических характеристик ледяных кристаллов, в котором данные физической оптики используются в окрестностях направлений прямого и обратного рассеяния, а промежуточный угловой диапазон рассчитывается методом геометрической оптики. В отличие от простого объединения массивов данных, предложенный алгоритм предусматривает локальное сопряжение зависимостей с использованием кубического полинома Эрмита. Значения, полученные методом физической оптики, сохраняются без изменений, а корректировка проводится только для данных геометрической оптики вблизи границ сопряжения.
Коррекция определяется по элементу M11 матрицы Мюллера, после чего рассчитанный коэффициент применяется к остальным её элементам, что позволяет сохранить структуру и взаимоотношение элементов матрицы. Точность разработанного подхода оценивалась посредством сравнения с полным расчётом методом физической оптики на примере гексагонального ледяного кристалла подтипа «столбик». Полученные результаты демонстрируют высокое согласование угловых зависимостей и подтверждают возможность использования гибридного метода для ускоренного формирования оптических характеристик ледяных частиц в задачах дистанционного зондирования атмосферы.