Пригоризонтный максимум яркости безоблачного неба

В. В. Баханов, А. А. Демакова, В. И. Титов✉

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия

✉ e-mail: titov@hydro.appl.sci-nnov.ru

Аннотация

На основе модели однократного рассеяния солнечного света рассматривается угловая структура яркости безоблачного неба. Показано, что в рамках данной модели описывается так называемый пригоризонтный максимум яркости неба. Анализируется физический механизм возникновения этого максимума, объясняется зависимость его положения от длины волны света. При увеличении длины волны света максимум яркости безоблачного неба сдвигается к горизонту. Это связано с тем, что оптическая толщина атмосферы уменьшается с увеличением длины волны. Проводится сравнение с экспериментальными угловыми характеристиками яркости неба, полученными с помощью цифровых фотоснимков горизонта, сделанных на океанологической платформе. Анализируется возможность оценки оптической толщины атмосферы по угловому положению пригоризонтного максимума яркости неба. Предложен алгоритм оценки указанной характеристики для некоторого значения длины волны света, основанный на графическом «обращении» зависимости углового распределения яркости безоблачного неба от оптической толщины атмосферы. С помощью предложенного алгоритма по цифровым фотоснимкам горизонта моря получены оценки оптических толщин атмосферы для трех спектральных диапазонов света R, G, B. Анализируется «устойчивость» алгоритма к ошибкам в определении азимута солнца относительно наблюдателя. Полученные оценки оптических толщин атмосферы практически совпадают с известными результатами натурных измерений аналогичных характеристик. Изложенный подход к восстановлению значений оптической толщины атмосферы позволяет развить используемую модель яркости неба с учетом рассеяния света более высоких кратностей. Полученные значения оптических толщин можно использовать в моделях углового распределения яркости безоблачного неба для оценки статистических характеристик волнения дистанционным оптическим методом.

Ключевые слова

атмосфера, оптика, оптическая толщина, яркость неба, солнце, рассеяние света, однократное рассеяние, аэрозоль, длина волны света, безоблачное небо, дистанционная диагностика

Благодарности

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 16-05-00858а.

Для цитирования

Баханов В. В., Демакова А. А., Титов В. И. Пригоризонтный максимум яркости безоблачного неба // Морской гидрофизический журнал. Т. 34, № 6. C. 477–488. EDN YPUYWD. doi:10.22449/0233-7584-2018-6-477-488

Bakhanov V. V., Demakova A. A., Titov V. I., 2018. On Near-Horizon Maximum Brightness of Cloudless Sky. Physical Oceanography, 25(6), pp. 437-447. doi:10.22449/1573-160X-2018-5-437-447

DOI

10.22449/0233-7584-2018-6-477-488

Список литературы

  1. Мониторинг состояния поверхности моря по пространственно-временным оптическим изображениям / В. И. Титов [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2014. № 5. С. 3–14. doi:10.7868/S0205961414050078
  2. Оценка спектров ветровых волн с длинами от сантиметров до метра по изображениям поверхности моря / В. В. Баханов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3. С. 192–205. doi:10.22449/0233-7584-2018-3-192-205
  3. Remote sensing technique for near-surface wind by optical images of rough water surface / V. I. Titov [et al.] // International Journal of Remote Sensing. 2014. Vol. 35, iss. 15. P. 5946–5957. doi:10.1080/01431161.2014.948223
  4. Kokhanovsky Alexander A. Aerosol Optics. Berlin : Springer, 2008. 154 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-49909-1
  5. Chapman R. D. Visibility of RMS slope variations on the sea surface // Applied Optics. 1981. Vol. 20, iss. 11. P. 1959–1966. https://doi.org/10.1364/AO.20.001959
  6. Лифшиц Г. Ш. Рассеянный свет дневного неба. Алма-Ата : Наука, 1973. 148 c.
  7. Chapman R. D., Irani G. B. Errors in estimating slope spectra from wave images // Applied Optics. 1981. Vol. 20, iss. 20. P. 3645–3652. https://doi.org/10.1364/AO.20.003645
  8. Lee Raymond L. Horizon brightness revisited: measurements and a model of clear-sky radiances // Applied Optics. 1994. Vol. 33, iss. 21. P. 4620–4628. https://doi.org/10.1364/AO.33.004620
  9. Aerosol remote sensing over land: A comparison of satellite retrievals using different algorithms and instruments / A. A. Kokhanovsky [et al.] // Atmospheric Research. 2007. Vol. 85, iss. 3–4. P. 372–394. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2007.02.008
  10. Lee Raymond L., Samudio Orlando R. Spectral polarization of clear and hazy coastal skies // Applied Optics. 2012. Vol. 51, iss. 31. P. 7499–7508. https://doi.org/ 10.1364/AO.51.007499
  11. Dubovik O., King M. D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // Journal of Geophysical Research. 2000. Vol. 105, iss. D16. P. 20673–20696. https://doi.org/10.1029/2000JD900282
  12. Use of Polarimetric Measurements of the Sky over the Ocean for Spectral Optical Thickness Retrievals / K. Masuda [et al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 1999. Vol. 16, no. 7. P. 846–859. https://doi.org/10.1175/1520-0426(1999)0160846:UOPMOT2.0.CO;2
  13. Mishchenko M. I., Travis L. D. Satellite retrieval of aerosol properties over the ocean using polarization as well as intensity of reflected sunlight // Journal of Geophysical Research. 1997. Vol. 102, iss. D14. P. 16989–17013. https://doi.org/10.1029/96JD02425
  14. Wang M., Gordon H. R. Estimating aerosol optical properties over the oceans with the multiangle imaging spectroradiometer: some preliminary studies // Applied Optics. 1994. Vol. 33, iss. 18. P. 4042–4057. https://doi.org/10.1364/AO.33.004042
  15. Базалицкая Г. П., Лифшиц Г. Ш. Функции рассеяния света в безоблачной атмосфере // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1982. Т. 18, № 5. С. 551–555.
  16. Долин Л. С., Левин И. М. Справочник по теории подводного видения. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 229 с.
  17. Hasekamp O. P., Landgraf J. Retrieval of aerosol properties over land surfaces: capabilities of multiple-viewing-angle intensity and polarization measurements // Applied Optics. 2007. Vol. 46, iss. 16. P. 3332–3344. https://doi.org/10.1364/AO.46.003332
  18. Remote sensing of aerosols over land surfaces from POLDER-ADEOS-1 polarized measurements / J. L. Deuze [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2001. Vol. 106, no. D5. P. 4913–4926. doi:10.1029/2000JD900364

Скачать статью в PDF-формате