三维云大气中忽略偏振的辐射亮度计算所引起的误差
地球与行星天体物理
2019-01-08 v1 大气与海洋物理
摘要
遥感仪器观测被分子、气溶胶粒子、云滴和冰晶散射与吸收的辐射。为了解释并精确建模此类观测，需要求解矢量辐射传输方程，因为散射会使初始非偏振的入射太阳辐照偏振化。辐射传输理论中一个广泛使用的近似是忽略偏振，这使得辐射传输方程可大为简化。众所周知，由多次瑞利散射引起的误差可大于 10%，取决于波长和太阳-观测者几何(Mishchenko 等，1994)。对于液态云滴的均匀平面平行层，误差相对较小(低于 1%)(Hansen 1971)。然而，现实中的云并非水滴的平面平行层，而是复杂的三维(3D)结构，且云的观测通常包含由晴空与云区组成的像元。在本研究中，我们重新审视了在真实三维云大气中由于辐射传输理论忽略偏振所导致的误差大小问题。我们应用蒙特卡洛辐射传输模型 MYSTIC，在忽略与不忽略偏振两种情形下进行比较。在相角 90{°} 和波长 400 nm 下，我们发现完全晴空条件下的最大高估误差约为 8%。在被云环绕的晴空区域，由于云向晴空区域的散射，误差减小到约 6%。在云内部误差最高达 4%，且在云影处取值最大。在后向散射方向，云间晴空区域的辐射亮度被低估约 5%。对于其他太阳-观测者几何，误差介于这两个极值之间。误差随波长增加而减小，并在吸收带中减小。
引用
@article{arxiv.1901.01836,
title = {Errors induced by the neglect of polarization in radiance calculations for three-dimensional cloudy atmospheres},
author = {C. Emde and B. Mayer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.01836},
year = {2019}
}