Ситуация резко усложняется при интегрировании по спектральным интервалам, содержащим линии и полосы поглощения атмосферных газов, коэффициенты поглощения которых являются экстремально изменяющимися функциями частоты. Конечно, эту задачу можно решить прямым способом, многократно применяя методы решения уравнения переноса каждый раз для новых значений оптических параметров атмосферы. Однако такой способ приводит к существенному увеличению затрат компьютерного времени, поэтому развиваются специальные методы для расчета спектральной зависимости характеристик излучения. Основная идея, лежащая в основе этих методов, заключается в том, чтобы решить уравнение переноса один раз для некоторой частоты, а затем с помощью соответствующих поправок найти интенсивность излучения для любой частоты в пределах некоторого спектрального интервала.[ ...]
Расчеты спектральной зависимости потоков и полей яркости радиации, отраженной полубесконечиой однородной атмосферой, могут быть выполнены с помощью методов последовательных порядков рассеяния, Я-функций или начальных значений, которые предназначены, по крайней мере, для ускорения вычислений по большому числу значений оптических характеристик атмосферы как функций частоты [32].[ ...]
Оригинальный подход к проблеме учета поглощения атмосферными газами при многократном рассеянии предложен Ирвином [30]. Этот подход основывается на предположении, что в случае слабого поглощения процессы рассеяния и поглощения молено считать независимыми. Оценки, сделанные в [4], показывают, что для оптических толщин облаков 1-1000 влиянием поглощения на процесс рассеяния можно пренебречь, если мнимая часть показателя преломления меньше 0,03 - 0,001.[ ...]
Интегрируя выражения (2.62 ) или (2.65) по пространственным и угловым переменным с заданной весовой функцией, нетрудно получить распределение фотонов по пробегам и связанных с ним величин для интегральных (по пространству и углу) характеристик излучения.[ ...]
Граничные условия к уравнению (2.66) аналогичны граничным условиям стационарного уравнения переноса, и дополнительно задаются начальные условия по переменной / = сЬ> где с - скорость света, £ - время, за которое фотон прошел путь /. Следует отметить, что уравнение (2.66) составляет основу теоретических исследований по проблеме распространения лазерного и другого импульсного излучения в рассеивающих средах.[ ...]
Одним из наиболее широко используемых способов решения нестационарного уравнения переноса является метод последовательных порядков рассеяния [21, 22, 30, 31], в рамках которого для нерассеянного, однократно- и двукратно-рассеянного света можно получить решение уравнения (2.66) в виде аналитических выражений, а вклад излучения, рассеянного большее число раз, учесть приближенно с помощью тех или иных численных методов. Такой способ решения уравнения (2.66) позволяет получить результаты с удовлетворительной точностью в случае безоблачной атмосферы, когда оптическая толщина атмосферы относительно невелика, и вклад в /у высших порядков рассеяния незначителен.[ ...]
В другом предельном случае оптически толстых светорассеивающих слоев применяются асимптотические методы [3, 7, 21, 31], использующие идею связи нестационарной задачи со стационарной с помощью преобразования Лапласа. По-видимому, эта идея была применена впервые в работе [14].[ ...]
Обзор методов вычисления функции распределения фотонов по пробегам содержится в монографиях [6, 18, 26, 32], где также приведены многочисленные примеры, иллюстрирующие зависимость /у(г, ö, /) от оптических свойств атмосферы и зенитного угла Солнца.[ ...]
В заключение необходимо отметить, что некоторые вопросы, связанные с корректным учетом поглощения атмосферных газов в схемах параметризации лучистого теплообмена в численных моделях климата и прогноза погоды, остаются нерешенными. Во-первых, до сих пор отсутствуют высокоточные методы вычисления потоков восходящей и нисходящей радиации в полосах поглощения атмосферных газов, не требующие больших затрат компьютерного времени. Последнее является чрезвычайно важным, поскольку в моделях общей циркуляции атмосферы радиационные характеристики системы «атмосфера-подстилающая поверхность» вычисляются огромное число раз.[ ...]
Наконец, в-третьих, используемые для вычисления радиационного режима функции пропускания имеют недостаточно высокую точность, неудобны для расчетов и получены, как правило, иа основе данных лабораторных экспериментов, в которых трудно учесть все многообразие динамических процессов, протекающих в реальной атмосфере и способных воздействовать на поглощательную способность газов.[ ...]
Вернуться к оглавлению