Исследование влияния спектральных параметров зондирования при исследовании океана с учетом взволнованной поверхности с использованием метода Монте-Карло.

В данной работе проведены исследования зависимости результатов зондирования от спектра излучения лазерного источника. Рассматривается задача по оценке функции распределения по времени интенсивности лазерного излучения, поступающего в приемник после прохождения через систему сред «океан-атмосфера» из заданного источника с учетом взволнованной поверхности. В данной работе рассмотрен алгоритм методов Монте-Карло предназначенный для решения задач лазерного зондирования природных сред имеющую случайную границу раздела. В данном случае таковой является поверхность морского волнения при зондировании системы сред «океан-атмосфера».

Рассматриваемые  задачи лазерного зондирования отличаются от  многих других задач атмосферной оптики наличием сложных граничных условий, связанных с конечными размерами исходного пучка излучения и  малым фазовым объемом детектора, а также принципиально нестационарным характером моделируемого процесса переноса излучения. Это обстоятельство обусловливает характерные требования к технике статистического моделирования и определяет необходимость применения локальных оценок, являющихся хотя и трудоемким, но единственно возможным способом вычисления искомых характеристик излучения, регистрируемых детектором с малым фазовым объемом. 

Исследования показывают, что результаты зондирования зависят от поверхности волнения, которая, в свою очередь зависит от скорости ветра. В данной работе исследовалась зависимость результатов от длины волны излучения, которая влияет на индикатрису рассеяния и, следовательно, на направление рассеянных частиц.

Рассматривается система «океан-атмосфера», в которой на высоте h находится случайная граница раздела двух сред, при взаимодействии с которой свет испытывает преломление или отражение. Эта граница представляет собой случайную поверхность, составленную из набора элементарных площадок, центры которых лежат на высоте h, а нормали к площадкам s – случайные единичные векторы с плотностью распределения p(x) (для такой модели взволнованной поверхности в соответствующей литературе утверждено название «фацетная модель». Взаимодействие света с веществом определяется заданием коэффициентов ослабления и рассеяния, а также индикатрисы рассеяния. В данной работе как раз исследовалось влияние выбранной индикатрисы на распределение по времени интенсивности излучения фиксированного в детекторе. Также интерес представлял вопрос величины влияния скорости ветра на распределение интенсивности излучения при конкретной длине волны. 

Результаты моделирования показали, что скорость ветра одинаково сильно влияет на результат вне зависимости от индикатрисы. Представлены графики зависимости для разных скоростей ветра. Кроме того, само распределение интенсивности по времени также слабо зависит от индикатрисы. Представлены графики зависимости распределения интенсивности при различных длинах волн для разных скоростей ветра, для синего, зеленого, фиолетового областей спектра. Предпочтение, возможно, следует отдавать длинам волн с более гладкой функцией распределения.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИВМиМГ СО РАН (проект FWNM-2025-0002).