Построена сфероидальная модель для решения проблемы рассеяния света несферическими частицами. Полуоси модельного сфероида определяются исходя из равенства объемов, а также равенства отношений продольных и поперечных размеров исходной частицы и модели, что обеспечивает близость их оптических свойств. Данный подход был применен к вытянутым и сплюснутым параллелепипедам, цилиндрам и конусам с отношениями большего размера к меньшему, равными 2 и 10. Направление распространения падающей плоской

more »

... ТЕ-или ТМ-типа было либо параллельным, либо перпендикулярным к оси симметрии частиц и модельного сфероида. Размер частиц определялся безразмерным параметром xv = 2πrv /λ, который зависит от объема частицы, так как rv представляет собой радиус эквиобъемного шара. При расчетах данный параметр менялся от малых величин до достаточно больших xv = 10. Область применимости модели определялась сравнением результатов численных расчетов по строгим методам разделения переменных для сфероидов и дискретных диполей для других несферических частиц. Показано, что область применимости модели для параллелепипедов, цилиндров и конусов достаточно широка для разных параметров задачи, в частности, если параметр xv ≤ 6, то относительная погрешность модели не превышает 10-15%. В значительной степени это связано с тем фактом, что первый максимум зависимости факторов рассеяния Qsca от xv оказывается сходным для частиц разной формы, аппроксимируемых одним модельным сфероидом. Введение Рассеяние света несферическими частицами являются важной частью фундаментальных и прикладных проблем в оптике атмосферы, медицине, астрофизике, биофизике и других областях науки и техники [1-3]. Методы решения подобных задач сегодня интенсивно развиваются различными научными группами [4] [5] [6] [7] . Несмотря на достигнутый прогресс в разработке методов, многочисленные приложения, особенно связанные с решением обратных задач при зондировании дисперсных сред, требуют применения простых, но физически обоснованных моделей натуральных и антропогенных рассеивателей для ускорения расчетов оптических свойств последних. Наиболее привлекательной моделью несферической частицы является сфероид (эллипсоид вращения). В рамках этой модели можно рассматривать как вытянутые, так и сплюснутые частицы с произвольной степенью асферичности. Для сфероидальных частиц разработаны как точные, так и приближенные методы. Из первых наиболее известными являются метод разделения переменных (separation of variables method, SVM), метод расширенных граничных условий (extended boundary condition method, EBCM) и метод дискретных диполей (discrete dipole approximation, DDA) (см. описание всех трех методов, например, в соответствующих главах [2]). Первый из них является наиболее эффективным, так как наиболее полно учитывает геометрию задачи за счет использования сфероидального базиса, т. е. представления полей в виде рядов по векторным сфероидальным волновым гармоникам. К недостатком данного метода можно отнести трудности, связанные с численными расчетами сфероидальных функций в широком диапазоне изменения параметров. Второй метод основывается на разложении полей по векторным сферическим гармоникам, что естественно затрудняет его применение к сфероидам с большим отношением полуосей. Последний подход может быть использован для решения задачи рассеяния света частицами произвольной формы, однако такая универсальность соответственно требует больших (иногда невозможных) затрат оперативной памяти и процессорного времени. Сфероидальная модель неоднократно применялась для моделирования оптических свойств различных полидисперсных сред, в частности частиц над пустыней [8], минеральной пыли [9], частиц в перистых облаках [10], ледяных гидрометеоров [11] и т. п. Широкое распространение модели в основном объясняется тем, что она 443