Rotational Raman scattering in the Earth's atmosphere ... - SRON
Rotational Raman scattering in the Earth's atmosphere ... - SRON
Rotational Raman scattering in the Earth's atmosphere ... - SRON
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
132<br />
van de polarisatie-eigenschappen van het meervoudig verstrooide licht <strong>in</strong> het geval dat <strong>in</strong>elastische<br />
<strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g wordt meegenomen. De benader<strong>in</strong>g waar<strong>in</strong> de polarisatie-eigenschappen van<br />
licht worden verwaarloosd heet de scalaire benader<strong>in</strong>g. Hierbij wordt slechts de <strong>in</strong>tensiteit I gemodelleerd<br />
<strong>in</strong> plaats van de volledige <strong>in</strong>tensiteitvector I = [I,Q,U,V ] T , waarbij Q en U l<strong>in</strong>eare polarisatie<br />
van het licht beschrijven en V circulaire polarisatie beschrijft.<br />
Het werk dat beschreven wordt <strong>in</strong> dit proefschrift begon met het ontwikkelen van een scalair<br />
stral<strong>in</strong>gstransportmodel dat <strong>in</strong> staat is om meervoudige verstrooi<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de aardatmosfeer te berekenen<br />
en ook meervoudige <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g meeneemt. Dit model wordt beschreven <strong>in</strong> hoofdstuk<br />
2 en is gebaseerd op de doubl<strong>in</strong>g-add<strong>in</strong>g-methode. Om <strong>in</strong>elastische verstrooi<strong>in</strong>g mee te nemen was<br />
het nodig om de doubl<strong>in</strong>g-add<strong>in</strong>g-formules aan te passen. Eén van de vragen waar we met name <strong>in</strong><br />
geïnteresseerd waren was tot <strong>in</strong> welke mate hogere ordes van <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g belangrijk zijn voor<br />
het modelleren van de reflectie <strong>in</strong> het ultraviolette en zichtbare golflengtebereik. Met behulp van een<br />
versimpelde modelatmosfeer en uitgaande van een <strong>in</strong>strument met een vergelijkbare spectrale resolutie<br />
als GOME vonden we dat de opvull<strong>in</strong>g door enkelvoudige <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g wel 21% kan zijn<br />
bij de Ca II K- en H-lijnen rond 393 nm en 397 nm. De meervoudige <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>gsbijdrage<br />
aan de totale opvull<strong>in</strong>g is echter slechts 0,6% voor deze lijnen. Nabij 325 nm is moleculaire verstrooi<strong>in</strong>g<br />
sterker, maar zijn de Fraunhoferlijnen m<strong>in</strong>der sterk dan de Ca II-lijnen. Hier is de bijdrage<br />
van enkelvoudige en meervoudige <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g aan de totale opvull<strong>in</strong>g respectievelijk 4% en<br />
0,2%. Hieruit hebben we geconcludeerd dat het voor met<strong>in</strong>gen waarbij de spectrale resolutie vergelijkbaar<br />
is als die van GOME volstaat om één orde <strong>in</strong>elastische <strong>Raman</strong> verstrooi<strong>in</strong>g mee te nemen voor<br />
de meeste toepass<strong>in</strong>gen.<br />
In hoofdstuk 3 hebben we de polarisatie-aspecten van terugverstrooid zonlicht bestudeerd. Het<br />
gevolg van het verwaarlozen van polarisatie werd onderzocht met een nieuw ontwikkeld vectorstral<strong>in</strong>gstransportmodel.<br />
Dit model maakt gebruik van de stral<strong>in</strong>gstransport-stor<strong>in</strong>gs<strong>the</strong>orie waarbij<br />
<strong>in</strong>elastische <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g behandeld wordt als een verstor<strong>in</strong>g van het elastische Rayleighverstrooi<strong>in</strong>gsprobleem<br />
Deze aanpak levert een stor<strong>in</strong>gsreeksontwikkel<strong>in</strong>g op van de <strong>in</strong>tensiteitsvector,<br />
waarbij iedere term het effect van één extra orde <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g beschrijft. Dit model is <strong>in</strong> detail<br />
uitgewerkt voor de eerste orde. De bereken<strong>in</strong>g van de eerste orde <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>gscorrectie<br />
kon significant versneld worden door gebruik te maken van de terugwaartse formuler<strong>in</strong>g van stral<strong>in</strong>gstransport<strong>the</strong>orie.<br />
We hebben numerieke simulaties voor het ultraviolette golflengtebereik gedaan<br />
om het effect van <strong>Raman</strong>-verstrooi<strong>in</strong>g op I, Q en U van het weerkaatste zonlicht te bestuderen. We<br />
vonden dat de R<strong>in</strong>g-structuren <strong>in</strong> een spectrum van de graad van l<strong>in</strong>eaire polarisatie ( √ Q 2 + U 2 /I)<br />
voornamelijk het gevolg zijn van R<strong>in</strong>g-structuren <strong>in</strong> het spectrum van I. De R<strong>in</strong>g-structuren <strong>in</strong> spectra<br />
van Q en U zijn m<strong>in</strong>der belangrijk. Twee veelgebruikte benader<strong>in</strong>gen om de R<strong>in</strong>g-structuren <strong>in</strong><br />
met<strong>in</strong>gen door <strong>in</strong>strumenten zoals GOME te simuleren werden nader onderzocht: de enkelvoudige<br />
verstrooi<strong>in</strong>gsbenader<strong>in</strong>g en de scalaire benader<strong>in</strong>g. We vonden dat de enkelvoudige verstrooi<strong>in</strong>gsoploss<strong>in</strong>g<br />
niet de juiste amplitude van de R<strong>in</strong>g-structuren kan simuleren. De opvull<strong>in</strong>g van de Ca<br />
II-lijnen werd bijvoorbeeld onderschat met een factor 2. Dit betekent dat het cruciaal is om meervoudige<br />
Rayleigh-verstrooi<strong>in</strong>g mee te nemen voor zowel het cont<strong>in</strong>uüm als voor de bereken<strong>in</strong>g van<br />
de opvull<strong>in</strong>g van de Fraunhoferlijnen. Vervolgens bestudeerden we de benader<strong>in</strong>g waar<strong>in</strong> de R<strong>in</strong>gstructuren<br />
worden gesimuleerd met een scalair model, maar waar<strong>in</strong> het cont<strong>in</strong>uüm berekend wordt