Моделирование полей излучения плоского анизотропно рассеивающего однородного слоя произвольной оптической толщины

Аннотация

Проведено моделирование полей излучения плоского однородного слоя произвольной оптической толщины при сильно вытянутых индикатрисах рассеяния. Для реализации этой задачи использовалась модификация классического принципа инвариантности Амбарцумяна — Чандрасекара, позволившая получить новые нелинейные интегральные уравнения для азимутальных Фурье-гармоник обобщенной единой фотометрической функции излучения и фотометрических инвариантов, которые объединяют интенсивности восходящего и нисходящего излучения на произвольных зеркально-симметричных оптических уровнях в зеркальных направлениях визирования при фиксированных азимутах и зенитных расстояниях Солнца. Параметризация полученных нелинейных интегральных уравнений показала, что при отсутствии отражающей подстилающей поверхности на уровне нижней границы слоя пространственно-угловые свойства фотометрических инвариантов и единой фотометрической функции в случае сильно вытянутых индикатрис рассеяния с максимальными значениями вблизи малых углов рассеяния при малом истинном поглощении излучения в среде позволяют приближенно представить общее поле излучения в виде интенсивностей однократно рассеянного излучения с адаптивными поправочными множителями. Эти функциональные поправки обусловлены многократным рассеянием излучения и имеют четкое физическое обоснование. Использование принципа зеркального отображения (симметрии) позволило учесть указанные особенности реальных индикатрис рассеяния при численном моделировании фотометрических инвариантов и единой фотометрической функции. Проведенный анализ показал доминирующую роль однократного рассеяния при формировании полей излучения анизотропно рассеивающего однородного слоя в случае слабого поглощения излучения при сильно вытянутых индикатрисах рассеяния.

Abstract

Modeling of radiation fields of an arbitrary optical thickness uniform slab in the case of a weak absorption and strongly elongated phase functions has been carried. The simple modification of classical Ambarzumian’s — Chandrasekhar’s invariance principle indispensable for the receiving of new non-linear integral equations connected with azimuthal Fourier harmonics of generalized unified photometric function and photometric invariants has been used. These values join upgoing and downgoing radiation fields intensities making use of simple linear manner at arbitrary optical levels in mirror vision directions including fixed azimuthal angles and solar zenith distance. Parametrizations of obtained non-linear integral equations have demonstrated in the absence of reflecting underlying surfaces, placed at the lowest level of considered uniform slab, the possibility to express angular-spatial properties of unified photometrical function and appropriate photometrical invariants taking into account the phase functions strongly elongation near small scattering angles and small slab’s absorption with the help of primary scattered radiation field intensities and adaptive fitting multipliers. These functional adaptive corrections have been stipulated by uniform slab’s multiple light scattering and possess the clear physical interpretation. The use of mirror reflection (symmetry) principle, elaborated by the author, and conception of unified photometric function allows one to estimate the above-mentioned peculiarities of real environment’s phase functions in the framework of photometric invariants numerical modeling. An analysis of appropriate radiative modeling results has shown a dominating influence of primary light scattering in the formation of anisotropically scattered radiation fields of an arbitrary optical thickness uniform slab in the case of weak radiation absorption and strongly elongated phase functions.