Метод відновлення параметрів багатомодової аерозольної складової в атмосфері за даними спектральних поляриметричних вимірів
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.466Ключові слова:
атмосфера, ступiнь лiнiйної поляризацiї, аерозоль, вiдновлення параметрiвАнотація
Запропоновано метод виявлення основних мод аерозолю в атмосферному стовпi й вiдновлення ймовiрних мiкрофiзичних параметрiв його частинок за даними вимiрювань спектральних фазових залежностей ступеня лiнiйної поляризацiї неба. Виконана тестова обробка даних вимiрювань поляризацiї неба над позицiєю ГАО (Київ, Голосiїв, Україна). У мiськiй атмосферi виявлено двi основнi аерозольнi моди: грубодисперсну й дрiбнодисперсну. Вiдновлено мiкрофiзичнi параметри цих мод для нормально-логарифмiчної функцiї розподiлу частинок за розмiрами. У грубодисперсної моди дiйсна частина показника заломлення nr = 1,45 + 0,02/ − 0,01, середньо-геометричний радiус частинок r0 = 6,7 +2,4/−1,4 мкм, дисперсiя q2 = 0,12 +0,01/−0,02, ваговий коефiцiєнт цiєї моди в аерозольнiй сумiшi k1 = 0,22. У дрiбнодисперсної моди nr = 1,45 ±0,01, r0 = 0,11 ± 0,005 мкм i q2 = 0,1 ± 0,05. Спектральнi величини вiдносного внеску газового розсiяння (на дату спостережень): B(578 нм) = 0,45 i B(390 нм) = 0,64.
Посилання
Air quality in Europe - 2019 report. EEA Report No. 10/2019 (2019).
E. Strukova, A. Golub, A. Markandya. Air pollution costs in Ukraine. Environ. Econom. 2, Iss. 3, 52 (2011).
F. Karagulian, M. Gerboles, M. Barbiere, A. Kotsev, F. Lagler, A. Borowiak. Review of Sensors for Air Quality Monitoring (Publications Offi ce of the European Union, 2019).
D. Huige, W. Qiyu, H. Hangbo, L. Siwen, Y. Qing, L. Jingjing, S. Yuehui, H. Dengxin. Aerosol microphysical particle parameter inversion and error analysis based on remote sensing data. Comput. Sci. Geol.-Remote Sens. 10, 1753 (2018).
https://doi.org/10.3390/rs10111753
I. Veselovskii, D.N. Whiteman, M. Korenskiy, A. Suvorina, D. P'erez-Ram'ırez. Use of rotational Raman measurements in multiwavelength aerosol lidar for evaluation of particle backscattering and extinction. Atmos. Meas. Tech. 8, 4111 (2015).
https://doi.org/10.5194/amt-8-4111-2015
W.H. Johnathan, A.H. Chris, L.C. Anthony, B.H. David, A.F. Richard, L.M. Terry, W. Wayne, R.I. Luis, E.H. Floyd. Airborne High Spectral Resolution Lidar for profi ling aerosol optical properties. Appl. Opt. 47, 6734 (2008).
https://doi.org/10.1364/AO.47.006734
D. Huige, H. Hua, Y. Cui, D. Hua, T. He, Y. Wang, Q. Yan. Vertical distribution of optical and microphysical properties of smog aerosols measured by multi-wavelength polarization lidar in Xi'an, China. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 188, 28 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2016.05.027
Z. Shuang, W. Jian, F. Wenxuan, Y. Qidong, Z. Deming. Review of aerosol optical depth retrieval using visibility data. Earth-Sci. Rev. 200, 102986 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.102986
I. Veselovskii, O. Dubovik, A. Kolgotin, T. Lapyonok, P. Girolamo, D. Summary, D.N. Whiteman, M. Mishchenko, D. Tanr'e. Application of randomly oriented spheroids for retrieval of dust particle parameters from multiwave-
length lidar measurements. J. Geophys. Res. 115, D21203 (2010).
A.K. Jagodnicka, T. Stacewicz, G. Karasi'n ski, M. Posyniak, S.P. Malinowski. Particle size distribution retrieval
from multiwavelength lidar signals for droplet aerosol. Appl. Opt. 48, B8 (2009).
https://doi.org/10.1364/AO.48.0000B8
A. Lopatin, O. Dubovik, A. Chaikovsky et al. Enhancement of aerosol characterization using synergy of lidar and
sun-photometer coincident observations: The GARRLiC algorithm. Atmos. Meas. Techn. 8, 2065 (2013).
J.E. Hansen, J.M. Hovenier. Interpretation of the polarization of Venus. J. Atmos. Sci. 31, 1137 (1974).
https://doi.org/10.1175/1520-0469(1974)031<1137:IOTPOV>2.0.CO;2
A.V. Morozhenko, E.G. Yanovitskij. The optical properties of Venus and Jovian planets. I. The Atmosphere of Jupiter according to polarimetric observations. Icarus 18, 583 (1973).
https://doi.org/10.1016/0019-1035(73)90060-2
J.M. Dlugach, M.I. Mishchenko. Photopolarimetry of planetary atmospheres: what observational data are essential for a unique retrieval of aerosol microphysics? Mon. Not. R. Astron. Soc. 384, 64 (2008).
https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2007.12679.x
J.M. Dlugach, M.I. Mishchenko. The eff ect of particle shape on microphysical properties of Jovian aerosols retrieved from ground-based spectropolarimetric observations. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 88, 37 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2004.03.023
A.V. Morozhenko, A.S. Ovsak, A.P. Vid'machenko, V.G. Teifel, P.G. Lysenko. Imaginary part of the refractive index of aerosol in latitudinal belts of Jupiter's disc. Kinemat. Phys. Celest. Bod. 32, 30 (2016).
https://doi.org/10.3103/S0884591316010062
A. Morozhenko, A. Vid'machenko. Polarimetry and physics of solar system bodies. In: Photopolarimetry in Remote Sensing. Edited by G. Videen, Y. Yatskiv, M. Mishchenko (Kluwer Academic Publishers, 2004), p. 369.
https://doi.org/10.1007/1-4020-2368-5_16
A.P. Vidmachenko, A.F. Steklov, N.F. Minyailo. Seasonal activity on Jupiter. Sov. Astron. Lett. 10, 289 (1984) (in Russian).
Zh.I. Patlashenko. Prospects of passive remote spectropolarimetry of atmospheric aerosol. Visn. KrNU Mykh. Ostrogradskogo 5, 94 (2015) (in Ukrainian).
A.V. Morozhenko, A.P. Vidmachenko, P.V. Nevodovskii. Aerosol in the upper layer of Earth's atmosphere. Kinemat. Phys. Celest. Bod. 29, 5, 243 (2013).
https://doi.org/10.3103/S0884591313050073
P. Formenti, K.L. Mbemba Kabuiku, I. Chiapello, F. Ducos, F. Dulac, D. Tanr'e. Aerosol optical properties derived from POLDER-3/PARASOL (2005-2013) over the western Mediterranean Sea - Part 1: Quality assessment with AERONET and in situ airborne observations. Atmos. Meas. Tech. 11, 6761 (2018).
https://doi.org/10.5194/amt-11-6761-2018
Y. Wei, Y. Zhang, C. Chen, O. Dubovik, Y. Zhang, H. Xu, K. Li, J. Chen, H. Wang, B. Ge, C. Fan. Validation of POLDER GRASP aerosol optical retrieval over China using SONET observations. J. Quant. Spectr.Radiat. Transf. 246, 106931 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.106931
O. Dubovik et al. Polarimetric remote sensing of atmospheric aerosols: Instruments, methodologies, results, and perspectives. J. Quant. Spectr. Radiat. Transf. 224, 474 (2019).
V.V. Avramchuk. Multicolor polarimetry of the light of the twilight and daytime sky at the zenith. Vopr. Astrofiz. (Naukova Dumka, 1965), pp. 112-120 (in Russian).
K.S. Shifrin. Light Scattering in Turbid Environment (GosTekhTeoretIzdat, 1951) (in Russian).
O.S. Ugolnikov, I.A. Maslov. Multicolor polarimetry of the twilight sky. The role of multiple light scattering as a function of wavelength. Kosmich. Issled. 40, 242 (2002) (in Russian).
P. Nevodovskyi, O. Morozhenko, A. Vidmachenko, O. Ivakhiv, M. Geraimchuk, O. Zbrutskyi. Tiny ultraviolet polarimeter for earth stratosphere from space investigation. In: Proceedings of the 8th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS'2015), September 24-26, 2015, Warsaw (2015), Vol. 1, p. 28.
https://doi.org/10.1109/IDAACS.2015.7340695
P. Nevodovskii, A. Vidmachenko, O. Ivakhiv, O. Zbrutskyi, M. Geraimchuk, Y. Hirniak. Remote study of the earth
stratospheric aerosol. In: Proceedings of the 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO-2019), April 16-18, 2019, Kyiv (2019), p. 640.
G.V. Rozenberg. Twilight (Springer, 1966).
https://doi.org/10.1007/978-1-4899-6353-6
A. Mugnai, W.J. Wiscombe. Scattering at radiation by moderately nonspherical particles. J. Atmos. Sci. 37, 1291 (1980).
https://doi.org/10.1175/1520-0469(1980)037<1291:SORBMN>2.0.CO;2
M.I. Mishchenko. Light scattering by randomly oriented axially symmetric particles. J. Opt. Soc. Am. 8, 871 (1991).
https://doi.org/10.1364/JOSAA.8.000871
M.I. Mishchenko, L.D. Travis, D.W. Mackowski. T-matrix computations of light scattering by nonspherical particles: A review. J. Quant. Spectr. Radiat. Transf. 55, 535 (1996).
https://doi.org/10.1016/0022-4073(96)00002-7
V.M. Klimenko, A.V. Morozhenko, A.P. Vid'machenko. Phase eff ect for the brightness coeffi cient of the central disk of Saturn and features of Jupiter's disk. Icarus 42, 354 (1980).
https://doi.org/10.1016/0019-1035(80)90101-3
E.G. Yanovitskii, Z.O. Dumanskii. Tables for Light Scattering by a Polydisperse System of Spherical Particles (Naukova Dumka, 1972) (in Russian).
S.B. Jones, S.P. Friedman. Particle shape eff ects on the effective permittivity of anisotropic or isotropic media consisting of aligned or randomly oriented ellipsoidal particles. Water Resours. Res. 36, 2821 (2000).
https://doi.org/10.1029/2000WR900198
Zh.M. Dlugach, M.I. Mishchenko, A.V. Morozhenko. Influence of the particle shape on the estimates of the optical parameters of the dust component in the Martian atmosphere. Kinemat. Fiz. Nebesn. Tel 18, 33 (2002) (in Russian).
M.I. Mishchenko, L.D. Travis, A.A. Lacis. Scattering, Absorption and Emission of Light by Small Particles (Cambrige University Press, 2002).
O.V. Morozhenko. Methods and Results of Remote Probing of Planetary Atmospheres (Naukova Dumka, 2004) (in Ukrainian).
V.G. Fesenkov. On the polarization method of studying twilight phenomena. Astronom. Zh. 43, 198 (1966) (in Russian).
N.A. Fuks. The Mechanics of Aerosols (Macmillan, 1964).
L.M. Levin. Studies on the Physics of Coarse Aerosols (Izd. AN USSR, 1961) (in Russian).
Yu.V. Aleksandrov, V.I. Garazha. Polydisperse light scattering indicatrices. Vestn. Kharkov. Univ. Ser. Astronom. 4, No. 1, 91 (1965) (in Russian).
H. Horvath, R. Gunter, S. Wilkison. Determination of the coarse mode of the atmospheric aerosol using data from a forward-scattering spectrometer probe. Aeros. Sci. Technol. 12, 964 (1990).
https://doi.org/10.1080/02786829008959407
L.S. Ivlev, Yu.A. Dovgalyuk. Physics of Atmospheric Aerosol Systems (NIIKh SPbGU, 1999) (in Russian).
Yu.M. Timofeev, A.V. Vasiliev. Fundamentals of Theoretical Atmospheric Optics (St.-Petersburg State University, 2007) (in Russian).
P.C. Reist. Introduction to Aerosol Science (MacMillan Publishing Company, 1984).
O.S. Ugolnikov, I.A. Maslov, B.V. Kozelov, J.M. Dlugach. Noctilucent clouds polarimetry: Twilight measurements in a wide range of scattering angles. Planet. Space Sci. 125, 105 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.pss.2016.03.010
K. Zheng, M. Teng, C. Ke, G. Zhenfeng, M. Liang. Three-wavelength polarization Scheimpfl ug lidar system developed for remote sensing of atmospheric aerosols. Appl. Opt. 58, 8612 (2019).
https://doi.org/10.1364/AO.58.008612
A.V. Vasiliev, I.N. Melnikova. Methods for Applied Analysis of the Results of In-Situ Measurements in the Environment (Izd. BGTU, St.-Petersburg, 2009) (in Russian).
D. Tanr'e, F.M. Br'eon, J.L. Deuz'e, O. Dubovik, F. Ducos, P. Fran¸cois, P. Goloub, M. Herman, A. Lifermann, F. Waquet. Remote sensing of aerosols by using polarized, directional and spectral measurements within the A-train: The PARASOL mission. Atmos. Meas. Tech. 4, 1383 (2011).
https://doi.org/10.5194/amt-4-1383-2011
P. Parol, J.C. Buriez, C. Vanbauce, J. Riedi, L.C. Labonnote, M. Doutriaux-Boucher, M. Vesperini, G. Seze, P. Couvert, M. Viollier, F.M. Breon. Capabilities of multi-angle polarization cloud measurements from satellite: POLDER results. Adv. Space Res. 33, 1080 (2004).
https://doi.org/10.1016/S0273-1177(03)00734-8
Allen's Astrophysical Quantities. Edited by A.N. Cox (Springer, 2002).
B.A. Bodhaine, N.B. Wood, E.G. Dutton, J.R. Slusser. On Rayleigh optical depth calculations. J. Atm. Ocean Tech. 16, 1856 (1999).
https://doi.org/10.1175/1520-0426(1999)016<1854:ORODC>2.0.CO;2
J.M. Dlugach, A.V. Morozhenko, A.P. Vid'machenko, E.G. Yanovitskij. Investigations of the optical properties of
Saturn's atmosphere carried out at the Main astronomical observatory of the Ukrainian Academy of Sciences. Icarus 54, 319 (1983).
https://doi.org/10.1016/0019-1035(83)90201-4
V. Bovchalyuk, G. Milinevs'kyi, V. Danylevs'kyi, F. Golub, M. Sosonkin, Yu. Yukhymchuk, T. Podvin. Properties of an aerosol in the atmosphere over Kyiv according to lidar and photometric observations. Kosm. Nauka Tekhnol. 23, No. 6, 34 (2017) (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/knit2017.06.034
H.C. van de Hulst. Light Scattering by Small Particles (Dover Publications, 1981).
D. Deirmendjian. Electromagnetic Scattering on Spherical Polydispersions (Elsevier, 1969).
K.S. Shifrin, I.L. Zelmanovich. Light Scattering Tables. Vol. 1. Angular Functions (Hydrometeorological Publishing House, 1966) (in Russian).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.