Национальный исследовательский Томский государственный университет
УДК 535.36 Рассеяние света
Предложен метод формирования начального приближения внутреннего электромагнитного поля для метода дискретных диполей (DDA) на основе приближения геометрической оптики (ГО). Реализован двухэтапный алгоритм, использующий метод расщепления пучков для генерации распределения поля внутри фасетчатых диэлектрических частиц с учётом преломления, многократных внутренних отражений и поглощения. Проведено сравнение ГО-приближения с точным решением для тестовых частиц различной формы. Показано, что для частиц с плоскими гранями метод обеспечивает корректное воспроизведение фазовой структуры внутреннего поля.
рассеяние света, геометрическая оптика, метод дискретных диполей, ледяные кристаллы
1. Van de Hulst H.C. Light Scattering by Small Particles. New York: Wiley, 1957. 470 pp.
2. Волковицкий О.А., Павлова Л.Н., Петрушин А.Г. Оптические свойства кристаллических облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 198 c.
3. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 660 c.
4. Liou K.-N. An Introduction to Atmospheric Radiation. San Diego: Academic Press, 2002. 583 pp.
5. Zhu, X., Wang, Z., Liu, D., Cai, H. The first global insight of cirrus clouds characterized by hollow ice crystals from space-borne lidar // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. e2024GL109852.
6. Tsekeri A., Amiridis V., Louridas A., Georgoussis G., Freudenthaler V., Metallinos S., Doxastakis G., Gasteiger J., Siomos N., Paschou P., Georgiou T., Tsaknakis G., Evangelatos Ch., Binietoglou I. Polarization lidar for detecting dust orientation: system design and calibration // Atm. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 7453–7474.
7. Sato K., Okamoto H., Nishizawa T., Jin Y., Nakajima T., Wang M., Satoh M., Roh W., Ishimoto H., Kudo R. JAXA Level 2 cloud and precipitation microphysics retrievals based on EarthCARE radar, lidar, and imager: the CPR_CLP, AC_CLP, and ACM_CLP products // Atmos. Meas. Tech. 2025. V. 18, P. 1325-1338.
8. Zubko E., Wada K. Phase ratio in single-scattering dust particles: Implication to future DESTINY+ study of asteroid (3200) Phaethon // Ikarus 2023. V. 404. 115652.
9. Kustova N., Konoshonkin A., Shishko V., Timofeev D., Borovoi A., Wang Z. Coherent Backscattering by Large Ice Crystals of Irregular Shapes in Cirrus Clouds // Atmosphere 2022. V. 13(8). P. 1279.
10. Timofeev D.N., Konoshonkin A.V., Kustova N.V., Shishko V.A., Borovoi A.G. Light scattering matrix for atmospheric ice aggregates of cirrus clouds within geometrical optics approximation // Proc. SPIE. 2021. V. 11916.
11. Mishchenko M.I., Hovenier J.W., Travis L.D. Light Scattering by Nonspherical Particles: Theory, Measurements, and Geophysical Applications. San Diego: Academic Press, 1999. 690 pp.
12. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г. Граница применимости приближения геометрической оптики для решения задачи обратного рассеяния света на квазигоризонтально ориентированных гексагональных ледяных пластинках // Оптика атмосф. и океана 2014. V. 27(8). P. 705–712.
13. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N. The physical-optics approximation and its application to light backscattering by hexagonal ice crystals // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 146. P. 181–189.
14. Сальников К.С., Коношонкин А.В., Ткачев И.В., Кустова Н.В., Шишко В.А., Тимофеев Д.Н., Кан Н. Верификация методом дискретных диполей приближения физической оптики при расчете рассеяния света в направлении назад // Оптика атмосф. и океана 2025. Т. 38(10). P. 865–873.
15. Yurkin M.A., Hoekstra A.G. The discrete-dipole-approximation code ADDA: Capabilities and known limitations // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 2234–2247.
16. Yurkin M.A. Discrete dipole approximation // In: Light, Plasmonics and Particles. Elsevier, 2023. Ch. 9.
