Поляризационные характеристики рассеянного солнечного излучения в присутствии облаков верхнего яруса: активно-пассивный метод зондирования

Доклад посвящён анализу поляризационных характеристик рассеянного солнечного излучения в зените в присутствии и отсутствии облаков верхнего яруса (ОВЯ). Основная цель – оценка возможностей пассивной поляриметрии для выявления облаков, содержащих горизонтально ориентированные кристаллы льда, обладающих зеркальными свойствами. Применён подход, основанный на сопоставлении данных активных (поляризационных лидарных) и пассивных (поляриметрических) измерений, проведённых с помощью высотного матричного поляризационного лидара (ВМПЛ) Национального исследовательского Томского государственного университета [1].
ОВЯ состоят преимущественно из кристаллов льда, чьи форма, размеры и пространственная ориентация варьируются. При определённых условиях эти частицы ориентируются горизонтально – такие облака называют зеркальными [2], поскольку частицы льда имеют плоские грани и падающее на них излучение отражается по законам Френеля. Существенное влияние на пропускание и рассеяние коротковолновой солнечной радиации, приходящей к поверхности Земли, и длинноволновой, уходящей в космос, оказывает ориентация кристаллов в ОВЯ, поэтому такие аэрозольные образования считают важным фактором климатообразования [3]. Общая теория рассеяния электромагнитных волн на ансамблях кристаллов до настоящего времени не создана, и нет полной физической модели микроструктуры кристаллических ОВЯ. Поэтому актуальна задача их выявления, а также определения и прогнозирования условий формирования таких облаков.
Активные методы, такие как лидарные измерения, позволяют выявлять облака с зеркальными кристаллами по совокупности признаков: высокой степенью деполяризации обратного сигнала, характерными значениями элементов матрицы обратного рассеяния, низкой оптической толщиной и специфическим соотношением компонент сигнала. В пассивном режиме ВМПЛ измеряет вектор Стокса и степень поляризации рассеянного солнечного света в зените. Сравнение поведения этих параметров в различных условиях позволяет выявить влияние на них ОВЯ. В докладе проанализированы данные, полученные в разные дни 2025 г. В ясную погоду степень поляризации рассеянного солнечного света в зените демонстрировала плавный ход, синхронный с изменением зенитного угла Солнца. При наличии ОВЯ наблюдались отклонения от типичного суточного хода, особенно во второй половине дня. Эти аномалии совпадали по времени с появлением облачных слоёв, зафиксированных лидаром на различных высотах, что подтвердило их влияние на поляризационные характеристики солнечного излучения.
Полученные экспериментальные данные показывают, что степень поляризации рассеянного солнечного света является чувствительным индикатором оптических характеристик ОВЯ. Это подтверждает потенциал использования поляриметрических методов для диагностики атмосферного состояния. Результаты подчёркивают актуальность дальнейшего изучения влияния атмосферных факторов на поляризационные параметры и необходимость совершенствования технологий пассивной поляриметрии, особенно в сочетании с активными методами зондирования атмосферы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, Грант № 24-77-00097.
1. Брюханов И.Д. и др. // Опт. атм. океана. 2024. Т. 37, № 2. С. 105–113.
2. Platt C.M.R. // J. Appl. Meteorol. 1978. № 17. P. 1220–1224.
3. Кондратьев К.Я. // Метеорология и гидрология. 2004. №4. С. 93–119.