Transfer of polarized light in planetary atmospheres / Перенос поляризованного излучения в атмосферах планет
Год издания: 2004
Автор: Hovenier J.W., Mee C., Domke H. / Ховенир Дж.У., Мее С., Домке Х.
Жанр или тематика: оптика
Издательство: Kluwer Academic Pub.
ISBN: 1-4020-2855-5,1-4020-2856-3
Язык: Английский
Формат: DjVu
Качество: Отсканированные страницы + слой распознанного текста
Интерактивное оглавление: Нет
Количество страниц: 265
Описание: В книге систематически излагаются основные элементы теории переноса поляризованного излучения в атмосферах планет.
В центре изложения находятся основные идеи и практические методы исследования однократного и многократного рассеяния электромагнитного излучения молекулами и частицами в атмосферах планет Солнечной системы, включая Землю. Значительная часть книги также может оказаться полезной для исследований рассеяния света в хвостах комет, в межпланетной и межзвездной среде, в звездных дисках, туманностях, в океанской и морской воде, а также в лабораторных экспериментах с суспензиями частиц в газах и жидкостях.
На протяжении всего изложения активно используются принципы симметрии, в т.ч. принцип взаимности и зеркальной симметрии. Таким образом, изложение теории получается более прозрачным и доступным для понимания, чем в большинстве опубликованных журнальных статей по данной тематике. Книга снабжена библиографическим списком из нескольких сотен ссылок. Приложения включают в себя дополнительную информацию, в т.ч. общие свойства матриц преобразования параметров Стокса световых потоков. В завершении каждой главы приводится список задач с ответами или указаниями по решению.
Для прочтения книги необходимы некоторые начальные знания физики и математики. Книга также может использоваться в качестве учебного пособия для студентов старших курсов. Она также представляет интерес для профессиональных ученых в тех областях, где важную роль играет электромагнитное рассеяния, в т.ч. астрофизика, оптика атмосферы, дистанционное зондирование, оптика океана, биофизика и медицина.
Оглавление
Plane-parallel Media 63
3.1 Geometrical and Optical Characteristics 63
3.2 The Phase Matrix 66
3.3 Properties of the Elements of the Phase Matrix 72
3.3.1 Symmetry Relations 72
3.3.2 Interrelations 79
3.3.3 Relations for Special Directions 80
3.4 The Azimuth Dependence 81
3.4.1 Derivation of the Components 81
3.4.2 Algebraic Properties of the Components 86
3.4.3 Separation of Variables in the Components 88
3.4.4 An Example: Rayleigh Scattering 93
Orders of Scattering and Multiple-Scattering Matrices 97
4.1 Basic Equations 97
4.2 Orders of Scattering for Intensity Vectors 100
4.3 Multiple-Scattering Matrices 106
4.4 Orders of Scattering for Multiple-Scattering Matrices 109
4.5 Relationships for Multiple-Scattering Matrices 113
4.5.1 Symmetry Relations 113
4.5.2 Interrelations 121
4.5.3 Perpendicular Directions 121
4.6 Fourier Decompositions 126
4.6.1 Functions of u' and ^ - ^' 126
4.6.2 Functions of /x, /xq and - 127
4.6.3 Symmetry Relations for the Components 129
The Adding-doubling Method 135
5.1 Introduction 135
5.2 Principle of the Adding-doubhng Method 140
5.3 Azimuth Dependence 147
5.4 Supermatrices 151
5.5 Repeated Reflections 155
5.6 Reflecting Ground Surfaces 159
5.7 The Internal Radiation Field 168
5.8 Computational Aspects 172
5.8.1 Computing Repeated Reflections 172
5.8.2 Computing the Azimuth Dependence 173
5.8.3 Criteria for Computing Fourier Terms 176
5.8.4 Choosing the Initial Layer 178
5.8.5 Number of Division Points and Renormalization 179
5.9 Very thick atmospheres 181
vi
Contents
Preface ix
Acknowledgments xiii
\
1 Description of Polarized Light 1
1.1 Intensity and Flux 1
1.2 Polarization Parameters 2
1.2.1 Trigonometric Wave Functions 3
1.2.2 General Properties of Stokes Parameters for
Quasi-monochromatic Light 7
1.2.3 Exponential Wave Functions 13
1.2.4 CP-representation of Quasi-monochromatic Polarized Light . 16
1.2.5 Alternative Representations of Quasi-monochromatic
Polarized Light 18
2 Single Scattering 23
2.1 Introduction 23
2.2 Scattering by One Particle 23
2.3 Scattering by a Collection of Particles 28
2.4 Symmetry Relationships for Single Scattering 29
2.4.1 Reciprocity 29
2.4.2 Mirror Symmetry 35
2.5 Special Scattering Directions and Extinction 37
2.6 Some Special Cases of Single Scattering 40
2.6.1 Particles Small Compared to the Wavelength 40
2.6.2 Spheres 44
2.6.3 Miscellaneous Types of Particles 47
2.7 The Scattering Matrix 48
2.8 Expansion of Elements of the Scattering Matrix in Generalized
Spherical Functions 52
2.8.1 Introduction 52
2.8.2 Expansions for the Elements of F{e): Results 53
2.9 Expansion Coefficients for Rayleigh Scattering 56
2.10 Some Properties of the Expansion Coefficients 56
A Mueller Calculus 187
A.l Pure Mueller Matrices 188
A. 1.1 Relating Jones Matrices and Pure Mueller Matrices 188
A. 1.2 Internal Structure of a Pure Mueller Matrix 193
A. 1.3 Inequalities 197
A.2 Relationships for Sums of Pure Mueller Matrices 198
A.3 Testing Matrices 200
A.4 Discussion 204
B Generalized Spherical Functions 207
B.l Definitions and Basic Properties 207
B.2 Expansion Properties 211
B.3 The Addition Formula 213
B.4 Connections with Angular Momentum Theory 215
C Expanding the Elements of F(e) 217
D Size Distributions 221
E Proofs of Relationships for Multiple-Scattering Matrices 225
E.l Introduction 225
E.2 Proving Symmetry Relations for the Multiple-Scattering Matrices U,
A 17* and D* 225
E.3 Multiple-Scattering Matrices as SPM Matrices 228
F Supermatrices and Extended Supermatrices 229
Bibliography 233
Index 255
