Использование параметров Стокса для дистанционного восстановления биооптических характеристик морской воды

Царева Ольга Сергеевна
Дальневосточный государственный университет

Научный руководитель: Букин Олег Алексеевич, доктор физ-мат наук

Дистанционные методы зондирования позволяют восстановить многие оптические характеристики морской воды, они дают возможность получить информацию о распределении интенсивности восходящего излучения. По нему можно судить о характеристиках частиц, рассеивающих свет под поверхностью воды. Если пучок света, регистрируемый спектрофотометром рассматривать как сумму квазимонохроматических волн, то для их анализа состояния поляризации целесообразно использовать параметры Стокса si и матрицы когерентности Ji. Параметры Стокса несут информацию об интенсивности I и состоянии поляризации P световой волны и образуют вектора Стокса :

(1)

Матрицы когерентности используются как коэффициенты при этих векторах при выводе основного выражения для интенсивности восходящего излучения:

(2)

Излучение, регистрируемое спектрофотометром, является суммой двух составляющих: отраженная морской поверхностью и диффузная компонента (восходящая из-под поверхности). Вектора Стокса для отраженной компоненты и суммарного излучения, регистрируемого прибором достаточно точно определяются. Что касается диффузной компоненты, то вектор Стокса для нее не определен. Матрицы когерентности являются сложными функциями угловых координат, которые являются неизвестными. Таким образом, получаем систему трех уравнений относительно трех неизвестных. Решив ее методом Левенберга-Макварда, находим вектор Стокса для диффузной компоненты, по параметрам которого можно судить об интенсивности восходящего из-под морской поверхности излучения. Зная соответствие между интенсивностью излучения и углом сканирования прибора, можно построить индикатрису рассеяния, форма которой несет информацию о размерах, формах и других характеристиках рассеивающих частиц. Данный метод использования параметров Стокса и матриц когерентности достаточно универсален, так как позволяет получить большой массив данных с больших площадей морской поверхности по ходу судна, не используя при этом подводных приборов. К тому же данный метод дает более полную информацию о состоянии воды: индикатрисы рассеяния составляются и для хлорофилла и для взвесей.

(c) АСФ России, 2001