Моделирование рассеяния солнечного света каплей

   Цель. Выяснение особенностей взаимодействия видимого света с прозрачными неоднородностями (каплями) в атмосфере при изотермических условиях.
   Процедура и методы. Интенсивность падающего излучения ограничена интенсивностью дневного света. В таком случае взаимодействие излучения с каплей ограничивается упругим рассеянием (рассеянием Рэлея). Рассматриваются два предельных случая взаимодействия света с каплей: приближение лучевой (геометрической) оптики и волновой оптики в приближении рэлеевского рассеяния. Это позволяет исследовать влияние размеров капель на рассеяние света в зависимости от длины волны.
   Результаты. В пределах лучевой оптики и принятой интенсивности исследована зависимость рассеяния от размеров капли и от входа излучения в каплю. А в рамках рассеяния Рэлея реализуются известные зависимости интенсивности рассеяния от длины волны света и радиуса капли.
   Теоретическая и/или практическая значимость. В пределах принятых условий взаимодействия света с (прозрачной) каплей воды рассмотренные модели (приближение лучевой оптики и приближение рассеяния Рэлея) позволили выявить зависимость рассеянного света от размеров капель, а также подтвердить характерные зависимости интенсивности рассеяния от длины волны света и радиуса капли.

1. Арнольд В. И. Математическое понимание природы / В. И. Арнольд. – М.: Изд-во МЦНМ, 2011. – 144 с.

2. Дацюк В. В. Оптика микрокапель / В. В. Дацюк, И. А. Измайлов // Успехи физических наук. – 2001. – Т. 171. – № 10. – C. 1117–1129. DOI: 10.3367/ufnr.0171.200110m.1117.

3. Светорассеяние аэрозольными частицами в газоанализаторах на молекулярных ядрах конденсации / В. Д. Купцов [и др.] // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Серия: Информатика. Телекоммуникации. Управление. – 2011. – № 1 (115). – С. 178–186.

4. Майер В. В. Капли. Струи. Звук. Учебные исследования / В. В. Майер. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 376 с.

5. Мельникова И. Н. Пределы применимости теории рассеяния при расчетах в облаке / И. Н. Мельникова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2008. – Т. 5. – № 1. – С. 491–496.

6. Нуссенцвейг Х. Теория радуги / Х. Нуссенцвейг // Успехи физических наук. – 1978. – T. 125. – № 3. – C. 527–547. DOI: 10.3367/UFNr.0125.197807e.0527.

7. Собельман И. И. К теории рассеяния света в газах / И. И. Собельман // Успехи физических наук. – 2002. – T. 172. – № 1. – C. 85–90. DOI: 10.3367/UFNr.0172.200201e.0085.

8. Тарасов Л. В. Беседы о преломлении света / Л. В. Тарасов, А. Н. Тарасова. – М.: Наука, 1982. – 175 с.

9. Хвостиков И. А. Теория рассеяния света и ее применение к вопросам прозрачности атмосферы и туманов / И. А. Хвостиков // Успехи физических наук. – 1940. – T. 24. – № 2. – C. 165–227. DOI: 10.3367/UFNr.0024.194006a.0165.

10. Хюлст Г. К. ван де. Рассеяние света малыми частицами / Г. К. ван де Хюлст. – М.: Иностранная литература, 1961. – 536 с.

11. Abud M. M. Measure of Backscatter for small particles of atmosphere by lasers // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1003, IBN Al-Haitham First International Scientific Conference (13–14 December 2017, Baghdad, Iraq). P. 012079. DOI: 10.1088/1742-6596/1003/1/012079.

12. Droplet sizing in spray flame synthesis using wideangle light scattering (WALS) / Aßmann S., Münsterjohann B., Huber F. J. T., Will S. // Applied Physics B. 2020. Vol. 126. Iss. 5. P. 92. DOI: 10.1007/s00340-020-07443-2.

13. Chew W. C. Lectures on Electromagnetic Field Theory. USA: Purdue University, 2020. 483 p.

14. Light scattering by microdroplets of water and water suspensions / Jakubczyk D., Zientara M., Derkachov G., Kolwas K., Kolwas M. // Proceedings of SPIE. 2005. Vol. 5849. Fifth Workshop on Atomic and Molecular Physics. DOI: 10.1117/12.629464.

15. Mätzler C. Mie Scattering With and Without Diffraction: Research Report No. 2004-02. Institute of Applied Physics, University of Bern [Электронный ресурс]. URL: https://boris.unibe.ch/146548/1/835.pdf (дата обращения: 10. 12. 2021)

16. Nousiainent T. Scattering of Light by Raindrops with Single-Mode Oscillations // Journal of Atmospheric Sciences. 2000.Vol. 57. No. 6. P. 789–802. DOI: 10.1175/1520-0469(2000)057<0789:SOLBRW>2.0.CO;2.

17. Park S., Sung J, Chang T. Characterization of Spherical Particles by Light Scattering // Bulletin of the Korean Chemical Society. 1991. Vol. 12. No. 3, P. 322–328.

18. Mean path length invariance in multiple light scattering / Savo R., Pierrat R., Najar U., Carminati R., Rotter S., Gigan S. // Science. 2017. Vol. 358. Iss. 6364. P. 765–768. DOI: 10.1126/science.aan4054.