Об обратных задачах теории рассеяния

Все описанные косвенные методы зондирования атмосферы основаны на измерении высотного и углового распределения яркости и поляризации рассеянного света. В спутниковом и сумеречном методах измеряется непосредственно яркость солнечного света, рассеянного на разных высотах самой атмосферой. В лазерном и прожекторном зондированиях измеряется на разных высотах яркость рассеянного атмосферой света лазера или прожектора. Здесь небо является фоном, на котором мы видим свет луча лазера или прожектора и яркость которого мешает приему слабого сигнала рассеянного света от этих источников с больших высот.

Обработка результатов измерений всех оптических методов и, главное, их интерпретаций, как мы уже говорили, требуют решения обратных задач теории рассеяния. В каждом методе возникают свои трудности при решении таких задач.

На первых этапах решения обратных задач во всех методах из результатов измерений общей яркости рассеянного света исключают яркость многократно рассеянного света и света, отраженного от земной поверхности. Это необходимо сделать, чтобы получить данные о яркости однократного рассеяния: связи яркости однократно рассеянного света с объемным коэффициентом рассеяния более определенные.

На вторых этапах решения обратных задач по полученным характеристикам яркости и поляризации рассеянного света восстанавливают вертикальный профиль общего объемного коэффициента рассеяния. Он состоит из двух компонент: коэффициента молекулярного рассеяния и коэффициента аэрозольного рассеяния. Вычитая на каждой высоте из общей яркости яркость, обусловленную молекулярным рассеянием (а для этого есть готовые таблицы), получают вертикальный профиль коэффициентов аэрозольного рассеяния.

На третьих этапах решения обратных задач по данным о вертикальном профиле коэффициента аэрозольного рассеяния получают микрофизические характеристики аэрозоля на каждой высоте: концентрацию, спектр размеров, а также, желательно, такие их физические характеристики, как состав, показатели преломления каждой фракции и т. д.

Все обратные задачи не имеют строгого решения и в настоящее время решаются приближенными методами, в каждом методе зондирования своим.

На рис. 7.2 приведены вертикальные профили объемных коэффициентов рассеяния, полученные по осредненным данным сумеречных, прожекторных зондирований и по измерениям Г. Т. Берегового с пилотируемого космического корабля "Союз-3". Как видно из рисунка, характер изменения коэффициента рассеяния с высотой по всем методам согласуется довольно хорошо. На высоте около 20 км обнаружен слой повышенной концентрации аэрозоля. Этот довольно устойчивый аэрозольный слой называется слоем Юнге. Значения коэффициентов рассеяния на многих уровнях, определенных разными методами, различаются в несколько раз. Такое значительное расхождение результатов отчасти можно объяснить чрезвычайно большой изменчивостью самого атмосферного аэрозоля, но, в известной степени, и большими ошибками измерений, а также погрешностями, допускаемыми при решении обратных задач теории рассеяния.

Рис. 7.2. Вертикальные профили объемных коэффициентов рассеяния атмосферы, полученные различными методами: 1 - наблюдение с пилотируемого космического корабля 'Союз-3', 2 - прожекторное зондирование, 3 - сумеречный метод. Сплошная кривая - значения коэффициента молекулярного рассеяния

Для успешного применения оптических методов зондирования атмосферы требуется как совершенствовать приборы и методику измерений, так и выполнять исследования, обеспечивающие более точное, или, как говорят математики, более корректное решение обратных задач теории рассеяния.