<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Remote Sens.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Remote Sensing</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Remote Sens.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2673-6187</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">711106</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frsen.2021.711106</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Remote Sensing</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Improved Lorenz-Mie Look-Up Table for Lidar and Polarimeter Retrievals</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Chemyakin et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Improved Lorenz-Mie Look-Up Table</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Chemyakin</surname>
<given-names>Eduard</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1339179/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Stamnes</surname>
<given-names>Snorre</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/510284/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Burton</surname>
<given-names>Sharon P.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1242770/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Xu</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1180023/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Hostetler</surname>
<given-names>Chris</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/613109/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Ferrare</surname>
<given-names>Richard</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/613357/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Cairns</surname>
<given-names>Brian</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/707421/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>Oleg</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/524129/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Science Systems and Applications, Inc., <addr-line>Hampton</addr-line>, <addr-line>VA</addr-line>, <country>United&#x20;States</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>NASA Langley Research Center, <addr-line>Hampton</addr-line>, <addr-line>VA</addr-line>, <country>United&#x20;States</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<label>
<sup>3</sup>
</label>NASA Goddard Institute for Space Studies, <addr-line>New York</addr-line>, <addr-line>NY</addr-line>, <country>United&#x20;States</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<label>
<sup>4</sup>
</label>Laboratoire d&#x2019;Optique Amosph&#xe9;rique, Universit&#xe9; des Sciences et Technologies de Lille, <addr-line>Villeneuve d&#x2019;Ascq</addr-line>, <country>France</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1034954/overview">Yingying Ma</ext-link>, Wuhan University, China</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1047517/overview">Lei Bi</ext-link>, Zhejiang University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1068239/overview">Oliver Lux</ext-link>, Helmholtz Association of German Research Centers (HZ), Germany</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Eduard Chemyakin, <email>eduard.v.chemyakin@nasa.gov</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Satellite Missions, a section of the journal Frontiers in Remote Sensing</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>06</day>
<month>08</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>2</volume>
<elocation-id>711106</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>17</day>
<month>05</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>06</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 United States Government as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Administration, Dr. Chemyakin, and Dr. Dubovik.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>United States Government as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Administration, Dr. Chemyakin, and Dr. Dubovik</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>At least a portion of this work is authored by Snorre Stamnes, Sharon P. Burton, Xu Liu, Chris Hostetler, Richard Ferrare, and Brian Cairns on behalf of the U.S. Government and, as regards Dr. Stamnes, Dr. Burton, Dr. Liu, Dr. Hostetler, Dr. Ferrare, Dr. Cairns, U.S. Copyright protection does not attach to separable portions of a Work authored solely by U.S. Government employees as part of their official duties. The U.S. Government is the owner of foreign copyrights in such separable portions of the Work and is a joint owner (with any non-U.S. Government author) of U.S. and foreign copyrights that may be asserted in inseparable portions the Work. The U.S. Government retains the right to use, reproduce, distribute, create derivative works, perform and display portions of the Work authored solely or co-authored by a U.S. Government employee. Non-U.S copyrights also apply. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Lidar and polarimeter aerosol microphysical retrievals require calculating single-scattering properties that are computationally expensive. One of the easiest ways to speed up these calculations is to use a look-up table. Two important currently available look-up tables were created about 15&#xa0;years ago. Advancements in modern computational hardware allows us to create a new look-up table with improved precision over a larger range of aerosol properties. In this new and improved Lorenz-Mie look-up table we tabulate the light scattering by an ensemble of homogeneous isotropic spheres at arbitrary wavelengths starting from <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The improved look-up table covers spherical atmospheric aerosols with radii in the range of 0.001&#x2013;<inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with real parts of the complex refractive index in the range of 1.29&#x2013;1.65, and with imaginary parts of the complex refractive index in the range of 0&#x2013;0.05. We test twelve wavelengths from 0.355 to <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and find that the elements of the normalized scattering matrix as well as the asymmetry parameter, the aerosol absorption, backscatter, extinction, and scattering coefficients are precise to within <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mn>99.99</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of cases. The look-up table together with C&#x2b;&#x2b;, Fortran, Matlab, and Python codes are freely available online.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>lidar</kwd>
<kwd>polarimeter</kwd>
<kwd>Lorenz-Mie theory</kwd>
<kwd>scattering matrix and optical coefficients</kwd>
<kwd>look-up table</kwd>
<kwd>scale invariance rule</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Recently there is a growing interest in combining simultaneous lidar and polarimeter measurements to perform retrievals of vertically-resolved aerosol properties. For example, it is expected that the combination of lidar and polarimeter observations will significantly reduce uncertainties in aerosol radiative forcing (<xref ref-type="bibr" rid="B16">National Academies of Sci, 2018</xref>).</p>
<p>In remote sensing, lidars are active instruments that can contribute a highly accurate assessment of the vertically-resolved distribution of atmospheric aerosols. There are many different types of lidars, but our Lorenz-Mie look-up table (LUT) unit tests focus on the NASA LaRC airborne second-generation high spectral resolution lidar (HSRL-2), which makes three-wavelength lidar measurements of the atmosphere (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Burton et&#x20;al., 2018</xref>). HSRL-2 measurements result in the aerosol backscatter and extinction coefficients at wavelengths 0.355 (UV) and <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (VIS) accompanied by the attenuated backscatter coefficient at <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.064</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Polarimeters are passive sensors that have greater sensitivity to the absorption properties of aerosols, but the sensitivity to vertical distribution is limited. There are many different polarimeters too, but our unit tests focus on the channels provided by the airborne NASA GISS Research Scanning Polarimeter (RSP) (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Cairns et&#x20;al., 1999</xref>). The RSP has nine spectral channels that are divided into two groups based on the type of detector used: visible/near infrared bands at 0.41, 0.469, 0.555, 0.67, 0.864, and <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.96</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, accompanied by shortwave infrared bands at 1.594, 1.88, and <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Retrievals of aerosol microphysical properties using lidar and polarimeter data separately or combined require significant light single-scattering calculations that can consume a majority of the computational time. In this paper, we describe the improved LUT (which we call: SIR LUT) that uses scale invariance rule (SIR) built on Mishchenko (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Mishchenko, 2006</xref>) to speed up these calculations with a precision target of <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all the optical properties. We also target the accuracy (bias) to be negligible compared to precision. The <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision was imposed to reduce forward model errors in modeling state-of-the-art airborne lidar and polarimeters, as well as the next generation of satellite polarimetric sensors.</p>
<p>The fundamental design of this Lorenz-Mie LUT for lidar and polarimetric sensors builds on the spherical kernels LUT (SK LUT) (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>). The SK LUT is already well established and has multiple applications including but not limited to AERONET (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>), GRASP (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Dubovik et&#x20;al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Dubovik et&#x20;al., 2014</xref>), and many others. The SIR LUT thus represents an improvement of a previously developed approach, but we also describe its methodology in detail to further document this powerful approach and to highlight its beauty, elegance and simplicity. While using the same theoretical underpinnings, we used modern computing resources to calculate a significantly more precise LUT which we share with the community. Simulation tests show that precision of SIR LUT for all optical properties always exceeds that of SK LUT by up to&#x20;<inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Throughout this paper, we will follow the notation used by <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al. (2006)</xref>. Our LUT targets spherical aerosols, i.e.,&#x20;Lorenz-Mie scattering theory is applied (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>), but this theoretical approach can also be extended to non-spherical aerosols (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Dubovik et&#x20;al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Dubovik et&#x20;al., 2014</xref>).</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Scattering Matrix and Optical Coefficients</title>
<p>A unit test framework was developed to test the following list of aerosol inherent optical properties (IOPs) that we target for fast and precise estimation.</p>
<p>The normalized matrix that relates the incident and the scattered Stokes parameters in the standard Lorenz-Mie theory of light scattering by homogeneous isotropic spheres can be represented as (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>):<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> is the scattering angle in the range from <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, &#x3bb; is the wavelength <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x00B7;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the complex refractive index (CRI) consisting of the real part <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (no unit) and the imaginary part <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;(n.u.).</p>
<p>The four independent elements of the normalized scattering matrix <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be computed for each vertically-resolved atmospheric layer as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x398;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x398;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <italic>r</italic> is the particle radius <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the particle size distribution (PSD) function <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the number of particles with radius between <italic>r</italic> and <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> per <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of air, and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of particles per&#x20;<inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the size range <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,&#x20;i.e., <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2a;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Seinfeld&#x20;and Pandis, 2006</xref>). The terms <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sr</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> describe the directional scattering cross sections corresponding to matrix&#x20;elements <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sr</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with subscript <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>11,12,33,34</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, whereas <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sr</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> describe the directional efficiencies, and <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the geometrical cross section (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>). In the ideal case, the integration should be done over the radius range from <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, but a non-zero <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a finite value of <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must be chosen for numerical computations.</p>
<p>As a reminder, the aerosol lidar backscatter coefficient <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sr</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be computed as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m43">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#xb0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#xb0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>The aerosol scattering coefficient <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that appears in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">3</xref> and the aerosol extinction coefficient <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be computed as<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a scattering (extinction) cross section and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (n.u.) is a corresponding efficiency (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>).</p>
<p>The aerosol absorption coefficient <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is another valuable aerosol IOP to be computed as<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mtext>abs</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>The ensemble-averaged asymmetry parameter (n.u.) finalizes our list of aerosol optical properties to be tested by our unit test framework:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">180</mml:mi>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x398;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x398;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x398;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where the <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element of the normalized scattering&#x20;matrix <bold>P</bold> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>] is traditionally referred to&#x20;as the phase function and the division by <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in&#x20;<xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref> ensures that the following normalization condition is satisfied:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#xb0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#xb0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>d&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>We already mentioned that precise computation of the elements of the normalized scattering matrix <bold>P</bold> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>] and accompanying single-scattering properties [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eqs. 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] requires significant amount of time. For the purpose of retrieval of aerosol microphysical properties, it is convenient to find an efficient way to compute all these aerosol IOPs to within <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision using a precomputed&#x20;LUT.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Principles of Look-Up Table</title>
<p>In order to reduce the size of the dataset that must be stored in computer memory, the LUT takes advantage of features that are universal and allow us to develop and apply a generalized approach for all the tabulated&#x20;IOPs.</p>
<p>One can see that <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> share some commonality. The core structure of these equations can be generalized as<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m56">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The other common feature of <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> is that it is optimal to perform the numerical integration on a logarithmic scale because it is often assumed in atmospheric sciences that the PSD <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has lognormal shape (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Seinfeld and Pandis, 2006</xref>). The cross sections <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are also often plotted and analyzed on a logarithmic scale because they exhibit smoother variability in equal relative steps <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (i.e.,&#x20;in equal logarithmic steps, since <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) rather than in equal absolute steps <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>).</p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref> we used<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>and switched to the volume distribution <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> because, as a rough approximation of atmospheric conditions, aerosol PSDs are equipartitioned in volume (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Thomalla and Quenzel, 1982</xref>). In addition, light scattering by an ensemble of small particles depends on the particle surface area or volume rather than on the number concentration (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>).</p>
<p>Let us split the finite range of radii <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into a set <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> consisting of <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> grid bins that are logarithmically equidistant and distributed between <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with a constant step size <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Now we can reduce the integral of <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref> to its approximation by a finite sum (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Twomey, 1977</xref>):<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref> is based on the assumption that the PSD <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a smooth function of <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and can be quadratically approximated within the narrow range <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of discrete radii on a logarithmic scale. We would like to emphasize that for improved precision we use the quadratic approximation <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the PSD instead of the linear (trapezoidal) approximation that has been used previously (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Twomey, 1977</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>). Following the original generalized procedure for the approximation of a PSD (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Twomey, 1977</xref>), the quadratic coefficients <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are computed corresponding to the volume distribution function <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at three consecutive radii <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equation 12</xref> can be expressed in terms of the quadratic approximation coefficients as<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m85">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>The range <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> makes the following contribution to the integral in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref>:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Equations 13</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref> may be grouped by terms that include <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, or <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Twomey, 1977</xref>). We will focus only on the contribution of <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the discretization in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref>:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>The multiplicative factor <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> also contributes to the ranges <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Adding the contributions of the three subranges, we finally can obtain the formula for coefficient <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref>:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m97">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>The values of coefficients <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are independent of the PSD and depend only on the scattering angle <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m99">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> (directional scattering), CRI <italic>m</italic>, and wavelength &#x3bb; [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>]. We switched to efficiencies <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> instead of cross sections <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for convenience in the following discussion.</p>
<p>The sets of coefficients <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be computed once with high precision for the selected scattering angles (directional scattering) and CRIs, and stored as an LUT for each aerosol IOP <italic>p</italic>. Crucially, we only need to prepare these coefficients at a single &#x201c;reference&#x201d; wavelength <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> which will be chosen to be the shortest wavelength desired (see <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>). Aerosol IOPs for longer wavelengths <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2265;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be estimated using the results at the reference wavelength and the scale invariance rule (SIR) of electromagnetic scattering (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Mishchenko, 2006</xref>).</p>
<p>The discretization in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> requires that the PSDs are smooth and wide enough to cover a significant number of densely distributed radii bins. In the case of narrow, steep PSDs, the discretization becomes less accurate because a strongly oscillating function <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can&#x2019;t be accurately approximated by a quadratic function on a sparse grid of radii&#x20;bins.</p>
<p>Later we will show that <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> provides an easy and elegant way to quickly compute all the aerosol IOPs of interest [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>], for a wide range of wavelengths using an LUT referenced to a single wavelength.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Lognormal Particle Size Distribution</title>
<p>The following numerical unit tests use a particular type of function as a PSD <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. An earlier study mathematically proved that the random process of sequential particle crushing naturally leads to a lognormal distribution of particle sizes (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Kolmogorov, 1941</xref>). The monomodal lognormal PSD is experimentally confirmed to be a good approximation for the shape of naturally occurring aerosol PSDs in the atmosphere (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Seinfeld and Pandis, 2006</xref>), and can be considered as an example of function <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> describes the count median radius with respect to the number concentration distribution. The count median radius is defined as the radius above which there are as many particles as there are particles with radii below <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The term &#x3c3; is the geometric standard deviation whereas <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is commonly referred to as the mode width, and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the total number concentration.</p>
<p>The same PSD on the logarithmic scale can be expressed in terms of volume [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>] as<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In many cases it is more convenient to analyze the monomodal lognormal PSD in terms of effective radius <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>eff</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and effective variance <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>eff</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Our analysis of the LUT performance (see <xref ref-type="sec" rid="s4-5">Section 4.5</xref>) includes these two quantities. In our numerical simulations for polarimeter observables (see <xref ref-type="sec" rid="s4-7">Section 4.7</xref>) we also will use a bimodal PSD that is a sum of the fine and coarse mode PSDs [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>], each defined by its total number concentration, effective radius and effective variance.</p>
<p>However, the LUT can be used with any custom PSD that is smooth and wide enough to cover a significant number of densely distributed radii&#x20;bins.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4&#x20;Look-Up Table</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Selection of the Reference Wavelength</title>
<p>The fundamental decision in the design of the LUT is the choice of reference wavelength <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> used to compute the stored coefficients <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>]. This choice has a theoretical and practical basis to optimize the application of the&#x20;LUT.</p>
<p>For the reference wavelength of the LUT we decided to use the shortest wavelength among all remote sensing instruments of interest including the two mentioned in <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref>, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Let us justify our choice by noting that the size parameter <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is used for all the Lorenz-Mie computations (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>). The size parameter conveniently relates the wavelength and radius such that the Lorenz-Mie scattering properties for a given radius and wavelength are the same as those at another wavelength after adjusting the radius. For example, an aerosol with a radius of <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> observed at a wavelength <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will be characterized by the same size parameter and identical Lorenz-Mie scattering properties as an aerosol with radius <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x00D7;</mml:mo>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.22</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> observed at the reference wavelength <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>As a remark, <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref> states that a shorter wavelength delivers&#x20;a&#x20;greater range of size parameters for a given range of&#x20;radii.</p>
<p>If the CRI is fixed then <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref> establishes a direct connection between the efficiencies [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>] at wavelengths &#x3bb; and <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (for simplicity, we assume <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2265;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) using a simple scaling in the radius domain given by<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A direct connection between the efficiencies can also be expressed in terms of integrals using a linear scaling of the integration range as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equations 20</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref> are the key properties for understanding how this type of LUT works and can be seen as a practical application of the scale invariance rule (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Mishchenko, 2006</xref>). <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref> can be verified numerically or proved analytically with the assumption that the efficiency <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be approximated as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x002E;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where the appropriate coefficients <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> depend on the scattering angle <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m132">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> (directional scattering) and the CRI&#x20;<italic>m</italic>.</p>
<p>Let us directly compute and plot (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>) the absorption efficiency <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>abs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at wavelengths 0.355 and <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in order to provide a graphical demonstration of <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eq. 20</xref>. We will use the CRI <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.65</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that corresponds to an almost non-absorbing aerosol. <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> shows that the absorption efficiencies at two selected wavelengths repeat each other with a constant scaling factor in the radius domain. The same conclusion also applies to the other types of efficiencies too [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>]. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equation 20</xref> offers a simple way to obtain the efficiencies at longer wavelengths &#x3bb; if the corresponding efficiency at a shorter reference wavelength <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is already known. For example, in order to plot the absorption efficiency at <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> radius (from point A to point C of dashed line in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>), we can substitute <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.22</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> radius and perform an affine stretch of the precomputed efficiency at <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (from point A to point B of solid line in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Normalized absorption efficiencies at wavelengths 0.355 and <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are related by a uniform scaling transformation which is a type of Euclidean affinity transformation.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g001.tif"/>
</fig>
<p>From <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> it is reasonable to conclude that the numerical integration over radii in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> for a given precision will require smaller integration steps at shorter wavelengths. The oscillations of the absorption efficiency at the wavelength <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, dashed line) are noticeably less pronounced compared to the oscillations seen in the efficiency at <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, solid line). The uniform scaling transformation is applied in the radius domain and uses only a partial range of the efficiency precomputed at the shortest wavelength. As the wavelength increases, the oscillations with radius become smoother, corresponding to a stretching of the oscillations at a shorter wavelength (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>). Smoother functions of radius are easier to precisely integrate. Thus, it is easier to numerically compute precise values in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> at a wavelength of <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> compared to <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. With this feature in mind, we can expect that the performance of the SIR LUT in general will also improve as the wavelength &#x3bb; increases, if we choose the shortest wavelength of interest to be the reference wavelength <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> also helps to graphically illustrate <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eq. 21</xref>. For example, <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eq. 21</xref> demonstrates that integration of the absorption efficiency at a wavelength of <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, dashed line) in the radii range from 0.7 to <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.4</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will result in the same value as integration at <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, solid line) in the range from<inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>0.11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>0.22</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note the logarithmic scale of the vertical axis of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> during the visual analysis.</p>
<p>Theoretical reasoning supported by numerical simulations justify choosing the shortest wavelength as the reference wavelength <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To accommodate existing and anticipated future passive and active sensors, we choose <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equations 20</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref> allow us to relate the Lorenz-Mie scattering calculations at this reference wavelength to longer wavelengths for any PSD. In <xref ref-type="sec" rid="s4-4">Section 4.4</xref> we will benefit from using this key property.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2&#x20;Look-Up Table Parameters</title>
<p>The quadratures that define the precision of the SIR LUT, its speed and number of stored coefficients <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>] are now discussed. It is clear that a reduction of stored information can have a negative effect on the precision of the SIR LUT. At the same time, it is inefficient to store redundant information that must be read and kept in RAM. The SIR LUT represents balance between the two conflicting criteria of precision and&#x20;size.</p>
<sec id="s4-2-1">
<title>4.2.1 Quadrature of Radii Grid Bins</title>
<p>Let us start with the quadrature of radii <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that was briefly mentioned in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. Based on numerical simulations and earlier studies (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">Dubovik et&#x20;al., 2002b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>), we made a decision to use 650 logarithmically equidistant grid bins to cover a particle size range from <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>m: <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.018</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.036</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.055</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m164">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>98.2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>649</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>650</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Most of the values are displayed after rounding. The subscripts correspond to the index <italic>j</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref>, and is provided for reference purposes.</p>
<p>As we discussed in <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>, the computation of efficiencies <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>] is made using the size parameter. A single size parameter value corresponds to different particle radii and wavelength pairs. If the desired radius <italic>r</italic> at wavelength <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2265;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is known then the corresponding radius paired with <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the SIR LUT will be [see also <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref>]:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The exact range of sizes should be used if the optical properties at two different wavelengths are compared. Otherwise, the scattering particle systems are different. Thus, if the integration in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> at an arbitrary wavelength &#x3bb; is also carried out from <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the computations at different wavelengths would require the SIR LUT to cover the different radii range:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; from <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; from <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>8.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>87</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; from <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>1.6</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>16</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>One can see that the minimum radius at all wavelengths <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> falls below the radii range covered by LUT. In practice, for typical aerosol PSDs, this impact is expected to be small, and as the wavelength increases, the contribution of ultrafine aerosols is reduced. The SIR LUT supports integration over the following radii ranges at different wavelengths:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; from <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; from <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>1.2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>120</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; from <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>6.4</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>640</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Thus, increasing the wavelength of interest &#x3bb; increases the minimum (<inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and the maximum (<inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) radii, resulting in a larger range of covered radii. The increase in <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> means that the SIR LUT ignores nanoparticles with radii below <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at a wavelength of <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and below <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>6.4</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As mentioned, the impact of this for aerosol PSDs is negligible. Scattering of light in this regime is best described by the Rayleigh scattering (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>).</p>
<p>The selected reference wavelength <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and radii range result in&#x20;the SIR LUT that covers the range of size parameters <italic>x</italic> from&#x20;<inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>0.018</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to &#x223C; 1,770.</p>
</sec>
<sec id="s4-2-2">
<title>4.2.2 Quadrature of Scattering Angles</title>
<p>Another decision that affects the number of stored coefficients <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>] is the choice of a finite set of scattering angles <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m203">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> (angular quadrature). The SIR LUT includes 123 scattering angles <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m204">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> in the range between <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>). One may use an appropriate interpolation scheme to estimate the values of aerosol IOPs of interest for the other scattering angles&#x20;too.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Scattering angles <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m207">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> included into the SIR LUT.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m209">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m211">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m213">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m215">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m217">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m219">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>&#x398;</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m221">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1</td>
<td align="char" char=".">0<inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m222">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">19</td>
<td align="char" char=".">7<inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m223">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">37</td>
<td align="char" char=".">40<inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m224">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">55</td>
<td align="char" char=".">76<inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m225">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">73</td>
<td align="char" char=".">112<inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m226">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">91</td>
<td align="char" char=".">148<inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m227">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">109</td>
<td align="char" char=".">176<inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m228">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2</td>
<td align="char" char=".">0.2<inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m229">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="char" char=".">8<inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m230">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">38</td>
<td align="char" char=".">42<inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m231">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">56</td>
<td align="char" char=".">78<inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m232">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">74</td>
<td align="char" char=".">114<inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m233">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">92</td>
<td align="char" char=".">150<inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m234">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">110</td>
<td align="char" char=".">176.5<inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m235">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3</td>
<td align="char" char=".">0.4<inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m236">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">21</td>
<td align="char" char=".">9<inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m237">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">39</td>
<td align="char" char=".">44<inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m238">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">57</td>
<td align="char" char=".">80<inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m239">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">75</td>
<td align="char" char=".">116<inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m240">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">93</td>
<td align="char" char=".">152<inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m241">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">111</td>
<td align="char" char=".">177<inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m242">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4</td>
<td align="char" char=".">0.6<inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m243">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">22</td>
<td align="char" char=".">10<inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m244">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">40</td>
<td align="char" char=".">46<inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m245">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">58</td>
<td align="char" char=".">82<inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m246">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">76</td>
<td align="char" char=".">118<inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m247">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">94</td>
<td align="char" char=".">154<inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m248">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">112</td>
<td align="char" char=".">177.5<inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m249">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5</td>
<td align="char" char=".">0.8<inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m250">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">23</td>
<td align="char" char=".">12<inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m251">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">41</td>
<td align="char" char=".">48<inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m252">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">59</td>
<td align="char" char=".">84<inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m253">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">77</td>
<td align="char" char=".">120<inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m254">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">95</td>
<td align="char" char=".">156<inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m255">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">113</td>
<td align="char" char=".">178<inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m256">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6</td>
<td align="char" char=".">1<inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m257">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">24</td>
<td align="char" char=".">14<inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m258">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">42</td>
<td align="char" char=".">50<inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m259">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">60</td>
<td align="char" char=".">86<inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m260">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">78</td>
<td align="char" char=".">122<inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m261">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">96</td>
<td align="char" char=".">158<inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m262">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">114</td>
<td align="char" char=".">178.2<inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m263">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">7</td>
<td align="char" char=".">1.2<inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m264">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">25</td>
<td align="char" char=".">16<inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m265">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">43</td>
<td align="char" char=".">52<inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m266">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">61</td>
<td align="char" char=".">88<inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m267">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">79</td>
<td align="char" char=".">124<inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m268">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">97</td>
<td align="char" char=".">160<inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m269">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">115</td>
<td align="char" char=".">178.4<inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m270">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">8</td>
<td align="char" char=".">1.4<inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m271">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">26</td>
<td align="char" char=".">18<inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m272">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">44</td>
<td align="char" char=".">54<inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m273">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">62</td>
<td align="char" char=".">90<inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m274">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">80</td>
<td align="char" char=".">126<inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m275">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">98</td>
<td align="char" char=".">162<inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m276">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">116</td>
<td align="char" char=".">178.6<inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m277">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">9</td>
<td align="char" char=".">1.6<inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m278">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">27</td>
<td align="char" char=".">20<inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m279">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">45</td>
<td align="char" char=".">56<inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m280">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">63</td>
<td align="char" char=".">92<inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m281">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">81</td>
<td align="char" char=".">128<inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m282">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">99</td>
<td align="char" char=".">164<inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m283">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">117</td>
<td align="char" char=".">178.8<inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m284">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10</td>
<td align="char" char=".">1.8<inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m285">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">28</td>
<td align="char" char=".">22<inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m286">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">46</td>
<td align="char" char=".">58<inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m287">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">64</td>
<td align="char" char=".">94<inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m288">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">82</td>
<td align="char" char=".">130<inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m289">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">100</td>
<td align="char" char=".">166<inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m290">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">118</td>
<td align="char" char=".">179<inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m291">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">11</td>
<td align="char" char=".">2<inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m292">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">29</td>
<td align="char" char=".">24<inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m293">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">47</td>
<td align="char" char=".">60<inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m294">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">65</td>
<td align="char" char=".">96<inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m295">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">83</td>
<td align="char" char=".">132<inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m296">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">101</td>
<td align="char" char=".">168<inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m297">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">119</td>
<td align="char" char=".">179.2<inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m298">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">12</td>
<td align="char" char=".">2.5<inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m299">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">30</td>
<td align="char" char=".">26<inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m300">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">48</td>
<td align="char" char=".">62<inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m301">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">66</td>
<td align="char" char=".">98<inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m302">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">84</td>
<td align="char" char=".">134<inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m303">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">102</td>
<td align="char" char=".">170<inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m304">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">120</td>
<td align="char" char=".">179.4<inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m305">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="char" char=".">3<inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m306">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">31</td>
<td align="char" char=".">28<inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m307">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">49</td>
<td align="char" char=".">64<inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m308">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">67</td>
<td align="char" char=".">100<inline-formula id="inf286">
<mml:math id="m309">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">85</td>
<td align="char" char=".">136<inline-formula id="inf287">
<mml:math id="m310">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">103</td>
<td align="char" char=".">171<inline-formula id="inf288">
<mml:math id="m311">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">121</td>
<td align="char" char=".">179.6<inline-formula id="inf289">
<mml:math id="m312">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="char" char=".">3.5<inline-formula id="inf290">
<mml:math id="m313">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">32</td>
<td align="char" char=".">30<inline-formula id="inf291">
<mml:math id="m314">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">50</td>
<td align="char" char=".">66<inline-formula id="inf292">
<mml:math id="m315">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">68</td>
<td align="char" char=".">102<inline-formula id="inf293">
<mml:math id="m316">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">86</td>
<td align="char" char=".">138<inline-formula id="inf294">
<mml:math id="m317">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">104</td>
<td align="char" char=".">172<inline-formula id="inf295">
<mml:math id="m318">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">122</td>
<td align="char" char=".">179.8<inline-formula id="inf296">
<mml:math id="m319">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="char" char=".">4<inline-formula id="inf297">
<mml:math id="m320">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">33</td>
<td align="char" char=".">32<inline-formula id="inf298">
<mml:math id="m321">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">51</td>
<td align="char" char=".">68<inline-formula id="inf299">
<mml:math id="m322">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">69</td>
<td align="char" char=".">104<inline-formula id="inf300">
<mml:math id="m323">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">87</td>
<td align="char" char=".">140<inline-formula id="inf301">
<mml:math id="m324">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">105</td>
<td align="char" char=".">173<inline-formula id="inf302">
<mml:math id="m325">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">123</td>
<td align="char" char=".">180<inline-formula id="inf303">
<mml:math id="m326">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="char" char=".">4.5<inline-formula id="inf304">
<mml:math id="m327">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">34</td>
<td align="char" char=".">34<inline-formula id="inf305">
<mml:math id="m328">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">52</td>
<td align="char" char=".">70<inline-formula id="inf306">
<mml:math id="m329">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">70</td>
<td align="char" char=".">106<inline-formula id="inf307">
<mml:math id="m330">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">88</td>
<td align="char" char=".">142<inline-formula id="inf308">
<mml:math id="m331">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">106</td>
<td align="char" char=".">174<inline-formula id="inf309">
<mml:math id="m332">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">17</td>
<td align="char" char=".">5<inline-formula id="inf310">
<mml:math id="m333">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">35</td>
<td align="char" char=".">36<inline-formula id="inf311">
<mml:math id="m334">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">53</td>
<td align="char" char=".">72<inline-formula id="inf312">
<mml:math id="m335">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">71</td>
<td align="char" char=".">108<inline-formula id="inf313">
<mml:math id="m336">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">89</td>
<td align="char" char=".">144<inline-formula id="inf314">
<mml:math id="m337">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">107</td>
<td align="char" char=".">175<inline-formula id="inf315">
<mml:math id="m338">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">18</td>
<td align="char" char=".">6<inline-formula id="inf316">
<mml:math id="m339">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">36</td>
<td align="char" char=".">38<inline-formula id="inf317">
<mml:math id="m340">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">54</td>
<td align="char" char=".">74<inline-formula id="inf318">
<mml:math id="m341">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">72</td>
<td align="char" char=".">110<inline-formula id="inf319">
<mml:math id="m342">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">90</td>
<td align="char" char=".">146<inline-formula id="inf320">
<mml:math id="m343">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">108</td>
<td align="char" char=".">175.5<inline-formula id="inf321">
<mml:math id="m344">
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>We would like to emphasize that the use of this angular quadrature helps to reduce the size of the SIR LUT and optimize its information content. The angular quadrature near scattering angles of <inline-formula id="inf322">
<mml:math id="m345">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf323">
<mml:math id="m346">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has <inline-formula id="inf324">
<mml:math id="m347">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> spacing because the elements of the normalized scattering matrix <bold>P</bold> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>] can rapidly change there (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Hansen and Travis, 1974</xref>). The rate of change in <bold>P</bold> is relatively small between scattering angles of <inline-formula id="inf325">
<mml:math id="m348">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf326">
<mml:math id="m349">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>170</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that allows a coarser angular quadrature with <inline-formula id="inf327">
<mml:math id="m350">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> spacing.</p>
<p>The SK LUT uses an angular quadrature consisting of 181 scattering angles with an equidistant step of <inline-formula id="inf328">
<mml:math id="m351">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>). This step is too coarse to precisely describe the angular change in the elements of matrix <bold>P</bold> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>] near scattering angles of <inline-formula id="inf329">
<mml:math id="m352">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf330">
<mml:math id="m353">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Hansen and Travis, 1974</xref>).</p>
<p>Let us demonstrate the advantage of our angular quadrature with the help of numerical simulations. The asymmetry parameter [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>] is a good candidate for a quantitative metric because its computation requires integration over the entire range of scattering angles <inline-formula id="inf331">
<mml:math id="m354">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>As example input parameters, we select the CRI <inline-formula id="inf332">
<mml:math id="m355">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a lognormal PSD with <inline-formula id="inf333">
<mml:math id="m356">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf334">
<mml:math id="m357">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf335">
<mml:math id="m358">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref>]. These parameters are quite unrealistic for ambient aerosols in the visible spectrum (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Dubovik et&#x20;al., 2002b</xref>), but we would like to ensure that our &#x201c;<inline-formula id="inf336">
<mml:math id="m359">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d; requirement is fulfilled across a wide range of scenarios. We selected this particular scenario because it is one of the most difficult cases that we managed to&#x20;find.</p>
<p>We perform the integration in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref> using Simpson&#x2019;s rule on an equidistant grid consisting of 10,001 scattering angles <inline-formula id="inf338">
<mml:math id="m361">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>. Out of these 10,001 angles total, the values of phase function are calculated precisely only at a subset of scattering angles, and the rest result from quadratic interpolation. For the tests, we use 101,181 (from <inline-formula id="inf340">
<mml:math id="m363">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf341">
<mml:math id="m364">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the equidistant step of <inline-formula id="inf342">
<mml:math id="m365">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as in (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>)), 201, <inline-formula id="inf343">
<mml:math id="m366">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>, and 2,001 scattering angles. The most precise calculation of the asymmetry parameter is therefore the one integrated using a grid of <inline-formula id="inf345">
<mml:math id="m368">
<mml:mrow>
<mml:mn>2,001</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> scattering angles, and we use this as the reference value. In order to compute the values of the phase function <inline-formula id="inf346">
<mml:math id="m369">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at a wavelength <inline-formula id="inf347">
<mml:math id="m370">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the Lorenz-Mie computations are made using the Bohren and Huffman code (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>). The integration in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref> is performed for the <inline-formula id="inf348">
<mml:math id="m371">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> logarithmically equidistant radii bins in the range from <inline-formula id="inf349">
<mml:math id="m372">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf350">
<mml:math id="m373">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s4-5">Section 4.5</xref> for more details).</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> and <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref> show the results of the simulations. One can see that the value of the asymmetry parameter computed using 101, 181, and 201 of scattering angles is different by more than <inline-formula id="inf351">
<mml:math id="m374">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the reference value. The &#x201c;<inline-formula id="inf352">
<mml:math id="m375">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d; requirement is fulfilled for the cases of 401 or more scattering angles (see <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> and <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref>). The requirement is also fulfilled by the LUT (see horizontal dashed line at <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> and <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref>). With this we conclude that our quadrature of 123 scattering angles (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>) performs about as well as an equidistant grid consisting of <inline-formula id="inf353">
<mml:math id="m376">
<mml:mrow>
<mml:mn>2,001</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> scattering angles.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Example asymmetry parameter computation. The vertical dotted line marks the result from the angular quadrature used in the SK LUT.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g002.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Computed values of the asymmetry parameter.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Number of <inline-formula id="inf354">
<mml:math id="m377">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> grid bins</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf355">
<mml:math id="m378">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2329;</mml:mi>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">Relative difference (%)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">101</td>
<td align="char" char=".">0.989622</td>
<td align="center">1.99</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">181</td>
<td align="char" char=".">0.960103</td>
<td align="center">&#x2212;1.05</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">201</td>
<td align="char" char=".">0.960131</td>
<td align="center">&#x2212;1.05</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">401</td>
<td align="char" char=".">0.967307</td>
<td align="center">&#x2212;0.31</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">601</td>
<td align="char" char=".">0.969269</td>
<td align="center">&#x2212;0.11</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">801</td>
<td align="char" char=".">0.969861</td>
<td align="center">&#x2212;0.05</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf356">
<mml:math id="m379">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf357">
<mml:math id="m380">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf358">
<mml:math id="m381">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2,001. The reference value</td>
<td align="char" char=".">0.970321</td>
<td align="center">&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Computed from the SIR LUT</td>
<td align="char" char=".">0.974039</td>
<td align="center">0.38</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s4-2-3">
<title>4.2.3 Quadrature of Complex Refractive Indexes</title>
<p>The choice of the CRI quadrature is the last factor which must be chosen to balance the precision of the SIR LUT against the number of stored coefficients <inline-formula id="inf359">
<mml:math id="m382">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>]. Based on our numerical simulations and earlier studies (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">Dubovik et&#x20;al., 2002b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>), we decided to use <inline-formula id="inf360">
<mml:math id="m383">
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>75</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2,325</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> CRIs:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; 31 real parts <inline-formula id="inf361">
<mml:math id="m384">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the CRI in the range between 1.29 and 1.65 with a step 0.012 (see <xref ref-type="table" rid="T3">Table&#x20;3</xref>);</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; 75 imaginary parts <inline-formula id="inf362">
<mml:math id="m385">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the CRI: 0, and 74 logarithmically equidistant values between <inline-formula id="inf363">
<mml:math id="m386">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf364">
<mml:math id="m387">
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="table" rid="T4">Table&#x20;4</xref>, most of the values are shown rounded).</p>
</list-item>
</list>
</p>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Real parts of the CRI covered by the SIR LUT.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>R</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>R</sub>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1</td>
<td align="char" char=".">1.29</td>
<td align="char" char=".">6</td>
<td align="char" char=".">1.35</td>
<td align="char" char=".">11</td>
<td align="char" char=".">1.41</td>
<td align="char" char=".">16</td>
<td align="char" char=".">1.47</td>
<td align="char" char=".">21</td>
<td align="char" char=".">1.53</td>
<td align="char" char=".">26</td>
<td align="char" char=".">1.59</td>
<td align="char" char=".">31</td>
<td align="char" char=".">1.65</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2</td>
<td align="char" char=".">1.302</td>
<td align="char" char=".">7</td>
<td align="char" char=".">1.362</td>
<td align="char" char=".">12</td>
<td align="char" char=".">1.422</td>
<td align="char" char=".">17</td>
<td align="char" char=".">1.482</td>
<td align="char" char=".">22</td>
<td align="char" char=".">1.542</td>
<td align="char" char=".">27</td>
<td align="char" char=".">1.602</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">3</td>
<td align="char" char=".">1.314</td>
<td align="char" char=".">8</td>
<td align="char" char=".">1.374</td>
<td align="char" char=".">13</td>
<td align="char" char=".">1.434</td>
<td align="char" char=".">18</td>
<td align="char" char=".">1.494</td>
<td align="char" char=".">23</td>
<td align="char" char=".">1.554</td>
<td align="char" char=".">28</td>
<td align="char" char=".">1.614</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">4</td>
<td align="char" char=".">1.326</td>
<td align="char" char=".">9</td>
<td align="char" char=".">1.386</td>
<td align="char" char=".">14</td>
<td align="char" char=".">1.446</td>
<td align="char" char=".">19</td>
<td align="char" char=".">1.506</td>
<td align="char" char=".">24</td>
<td align="char" char=".">1.566</td>
<td align="char" char=".">29</td>
<td align="char" char=".">1.626</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">5</td>
<td align="char" char=".">1.338</td>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="char" char=".">1.398</td>
<td align="char" char=".">15</td>
<td align="char" char=".">1.458</td>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="char" char=".">1.518</td>
<td align="char" char=".">25</td>
<td align="char" char=".">1.578</td>
<td align="char" char=".">30</td>
<td align="char" char=".">1.638</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>Imaginary parts of the CRI covered by the SIR LUT.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
<italic>j</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>j</italic>
<sub>I</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>m</italic>
<sub>I</sub>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1</td>
<td align="center">0</td>
<td align="char" char=".">14</td>
<td align="center">4.1<inline-formula id="inf365">
<mml:math id="m388">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">27</td>
<td align="center">1.8<inline-formula id="inf366">
<mml:math id="m389">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">40</td>
<td align="center">8.4<inline-formula id="inf367">
<mml:math id="m390">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">53</td>
<td align="center">3.8<inline-formula id="inf368">
<mml:math id="m391">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">66</td>
<td align="center">1.7<inline-formula id="inf369">
<mml:math id="m392">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">15</td>
<td align="center">4.6<inline-formula id="inf370">
<mml:math id="m393">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">28</td>
<td align="center">2.1<inline-formula id="inf371">
<mml:math id="m394">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">41</td>
<td align="center">9.5<inline-formula id="inf372">
<mml:math id="m395">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">54</td>
<td align="center">4.3<inline-formula id="inf373">
<mml:math id="m396">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">67</td>
<td align="center">2<inline-formula id="inf374">
<mml:math id="m397">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3</td>
<td align="center">1.1<inline-formula id="inf375">
<mml:math id="m398">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">16</td>
<td align="center">5.1<inline-formula id="inf376">
<mml:math id="m399">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">29</td>
<td align="center">2.3<inline-formula id="inf377">
<mml:math id="m400">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">42</td>
<td align="center">1.1<inline-formula id="inf378">
<mml:math id="m401">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">55</td>
<td align="center">4.8<inline-formula id="inf379">
<mml:math id="m402">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">68</td>
<td align="center">2.2<inline-formula id="inf380">
<mml:math id="m403">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4</td>
<td align="center">1.3<inline-formula id="inf381">
<mml:math id="m404">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">17</td>
<td align="center">5.8<inline-formula id="inf382">
<mml:math id="m405">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">30</td>
<td align="center">2.6<inline-formula id="inf383">
<mml:math id="m406">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">43</td>
<td align="center">1.2<inline-formula id="inf384">
<mml:math id="m407">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">56</td>
<td align="center">5.4<inline-formula id="inf385">
<mml:math id="m408">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">69</td>
<td align="center">2.5<inline-formula id="inf386">
<mml:math id="m409">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5</td>
<td align="center">1.4<inline-formula id="inf387">
<mml:math id="m410">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">18</td>
<td align="center">6.5<inline-formula id="inf388">
<mml:math id="m411">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">31</td>
<td align="center">2.9<inline-formula id="inf389">
<mml:math id="m412">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">44</td>
<td align="center">1.3<inline-formula id="inf390">
<mml:math id="m413">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">57</td>
<td align="center">6.1<inline-formula id="inf391">
<mml:math id="m414">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">70</td>
<td align="center">2.8<inline-formula id="inf392">
<mml:math id="m415">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6</td>
<td align="center">1.6<inline-formula id="inf393">
<mml:math id="m416">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">19</td>
<td align="center">7.3<inline-formula id="inf394">
<mml:math id="m417">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">32</td>
<td align="center">3.3<inline-formula id="inf395">
<mml:math id="m418">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">45</td>
<td align="center">1.5<inline-formula id="inf396">
<mml:math id="m419">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">58</td>
<td align="center">6.9<inline-formula id="inf397">
<mml:math id="m420">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">71</td>
<td align="center">3.1<inline-formula id="inf398">
<mml:math id="m421">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">7</td>
<td align="center">1.8<inline-formula id="inf399">
<mml:math id="m422">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="center">8.2<inline-formula id="inf400">
<mml:math id="m423">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">33</td>
<td align="center">3.7<inline-formula id="inf401">
<mml:math id="m424">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">46</td>
<td align="center">1.7<inline-formula id="inf402">
<mml:math id="m425">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">59</td>
<td align="center">7.7<inline-formula id="inf403">
<mml:math id="m426">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">72</td>
<td align="center">3.5<inline-formula id="inf404">
<mml:math id="m427">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">8</td>
<td align="center">2<inline-formula id="inf405">
<mml:math id="m428">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">21</td>
<td align="center">9.2<inline-formula id="inf406">
<mml:math id="m429">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">34</td>
<td align="center">4.2<inline-formula id="inf407">
<mml:math id="m430">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">47</td>
<td align="center">1.9<inline-formula id="inf408">
<mml:math id="m431">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">60</td>
<td align="center">8.7<inline-formula id="inf409">
<mml:math id="m432">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">73</td>
<td align="center">4<inline-formula id="inf410">
<mml:math id="m433">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">9</td>
<td align="center">2.3<inline-formula id="inf411">
<mml:math id="m434">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">22</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">35</td>
<td align="center">4.7<inline-formula id="inf412">
<mml:math id="m435">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">48</td>
<td align="center">2.1<inline-formula id="inf413">
<mml:math id="m436">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">61</td>
<td align="center">9.8<inline-formula id="inf414">
<mml:math id="m437">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">74</td>
<td align="center">4.4<inline-formula id="inf415">
<mml:math id="m438">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10</td>
<td align="center">2.5<inline-formula id="inf416">
<mml:math id="m439">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">23</td>
<td align="center">1.2<inline-formula id="inf417">
<mml:math id="m440">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">36</td>
<td align="center">5.3<inline-formula id="inf418">
<mml:math id="m441">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">49</td>
<td align="center">2.4<inline-formula id="inf419">
<mml:math id="m442">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">62</td>
<td align="center">1.1<inline-formula id="inf420">
<mml:math id="m443">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="char" char=".">75</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf421">
<mml:math id="m444">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">11</td>
<td align="center">2.9<inline-formula id="inf422">
<mml:math id="m445">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">24</td>
<td align="center">1.3<inline-formula id="inf423">
<mml:math id="m446">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">37</td>
<td align="center">5.9<inline-formula id="inf424">
<mml:math id="m447">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">50</td>
<td align="center">2.7<inline-formula id="inf425">
<mml:math id="m448">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">63</td>
<td align="center">1.2<inline-formula id="inf426">
<mml:math id="m449">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">12</td>
<td align="center">3.2<inline-formula id="inf427">
<mml:math id="m450">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">25</td>
<td align="center">1.5<inline-formula id="inf428">
<mml:math id="m451">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">38</td>
<td align="center">6.7<inline-formula id="inf429">
<mml:math id="m452">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">51</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf430">
<mml:math id="m453">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">64</td>
<td align="center">1.4<inline-formula id="inf431">
<mml:math id="m454">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="center">3.6<inline-formula id="inf432">
<mml:math id="m455">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">26</td>
<td align="center">1.6<inline-formula id="inf433">
<mml:math id="m456">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">39</td>
<td align="center">7.5<inline-formula id="inf434">
<mml:math id="m457">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">52</td>
<td align="center">3.4<inline-formula id="inf435">
<mml:math id="m458">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">65</td>
<td align="center">1.6<inline-formula id="inf436">
<mml:math id="m459">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Sequential numbers for the real (<inline-formula id="inf437">
<mml:math id="m460">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="table" rid="T3">Table&#x20;3</xref>) and imaginary (<inline-formula id="inf438">
<mml:math id="m461">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="table" rid="T4">Table&#x20;4</xref>) parts are provided to help navigation inside the SIR LUT file (see <xref ref-type="sec" rid="s4-3">Section&#x20;4.3</xref>).</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Structure of Look-Up Table File</title>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> we described the theoretical background of the SIR LUT and in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref> provided a justification for the selection of quadratures that formed the actual LUT. Starting from this section, we switch our focus on the matters related to the practical application of the SIR&#x20;LUT.</p>
<p>We computed the coefficients <inline-formula id="inf439">
<mml:math id="m462">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>] at a reference wavelength <inline-formula id="inf440">
<mml:math id="m463">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and stored them in a file on the computer&#x2019;s hard drive. The SIR LUT file is binary and consists of a header (<inline-formula id="inf441">
<mml:math id="m464">
<mml:mrow>
<mml:mn>3,536</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bytes, see <xref ref-type="table" rid="T5">Table&#x20;5</xref>) that is followed by <inline-formula id="inf442">
<mml:math id="m465">
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>75</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2,325</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> data records (<inline-formula id="inf443">
<mml:math id="m466">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,284,408</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bytes per record, see <xref ref-type="table" rid="T6">Table&#x20;6</xref>) for each CRI separately (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>). The total size of the file is equal to <inline-formula id="inf444">
<mml:math id="m467">
<mml:mrow>
<mml:mn>3,536</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2,325</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>1,284,408</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2,986,252,136</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bytes. We intentionally limited the size of the SIR LUT file to 3&#xa0;GB because the majority of modern blade servers have at least 4&#xa0;GB of RAM per core. The SIR LUT file can then be uploaded into the memory of each core of the blade to further speed up the computations. In the future, we plan to refine the quadratures for the radii and CRIs when the progress in computational hardware will allow us to increase the size of LUT&#x20;file.</p>
<table-wrap id="T5" position="float">
<label>TABLE 5</label>
<caption>
<p>Structure of the SIR LUT header.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Description</th>
<th align="center">Type</th>
<th align="center">Size (bytes)</th>
<th align="center">Content</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Reference wavelength (&#x3bc;m)</td>
<td align="left">Float</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">0.355</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of radii grid bins</td>
<td align="left">Int</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">650</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf445">
<mml:math id="m468">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set of radii bins (&#x3bc;m)</td>
<td align="left">650&#x2a;float</td>
<td align="center">2,600</td>
<td align="center">See <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of scattering angles</td>
<td align="left">Int</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">123</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Angular quadrature <inline-formula id="inf446">
<mml:math id="m469">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">123&#x2a;float</td>
<td align="center">492</td>
<td align="center">See <xref ref-type="sec" rid="s4-2-2">Section 4.2.2</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of real parts</td>
<td align="left">Int</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">31</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf447">
<mml:math id="m470">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set of real parts</td>
<td align="left">31&#x2a;float</td>
<td align="center">124</td>
<td align="center">See <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of imaginary parts</td>
<td align="left">Int</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">75</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf448">
<mml:math id="m471">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set of imaginary parts</td>
<td align="left">75&#x2a;float</td>
<td align="center">300</td>
<td align="center">See <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Total</td>
<td align="left"/>
<td align="center">3,536</td>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T6" position="float">
<label>TABLE 6</label>
<caption>
<p>Structure of the SIR LUT data record.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Description</th>
<th align="center">Type</th>
<th align="center">Size (bytes)</th>
<th align="center">Content</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Real part of CRI (<inline-formula id="inf449">
<mml:math id="m472">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)</td>
<td align="left">Float</td>
<td align="center">4</td>
<td align="left">See <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Imaginary part of CRI (<inline-formula id="inf450">
<mml:math id="m473">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)</td>
<td align="left">Float</td>
<td align="center">4</td>
<td align="left">See <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf451">
<mml:math id="m474">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set</td>
<td align="left">650&#x2a;float</td>
<td align="center">2,600</td>
<td align="left">See <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eqs. 4</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf452">
<mml:math id="m475">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set</td>
<td align="left">650&#x2a;float</td>
<td align="center">2,600</td>
<td align="left">See <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eqs. 4</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf453">
<mml:math id="m476">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set</td>
<td align="left">650&#x2a;123&#x2a;float</td>
<td align="center">319,800</td>
<td align="left">See <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf454">
<mml:math id="m477">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set</td>
<td align="left">650&#x2a;123&#x2a;float</td>
<td align="center">319,800</td>
<td align="left">See <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf455">
<mml:math id="m478">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set</td>
<td align="left">650&#x2a;123&#x2a;float</td>
<td align="center">319,800</td>
<td align="left">See <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf456">
<mml:math id="m479">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> set</td>
<td align="left">650&#x2a;123&#x2a;float</td>
<td align="center">319,800</td>
<td align="left">See <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Total</td>
<td align="left"/>
<td align="center">1,284,408</td>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The header contains information defining the reference wavelength and the quadratures for the radii, scattering angles, and CRIs (see <xref ref-type="table" rid="T5">Table&#x20;5</xref>).</p>
<p>Each data record of the SIR LUT contains the sets of values <inline-formula id="inf457">
<mml:math id="m480">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that were computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> at the reference wavelength <inline-formula id="inf458">
<mml:math id="m481">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="table" rid="T6">Table&#x20;6</xref>). For the computations we used a reliable and accurate Lorenz-Mie scattering program (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mishchenko, 2019</xref>). We slightly modified the program to make it suitable for parallel computation of the coefficients <inline-formula id="inf459">
<mml:math id="m482">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>], but the core part of the program remained intact. We used <inline-formula id="inf460">
<mml:math id="m483">
<mml:mrow>
<mml:mn>100,000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> points over each integration range of radii <inline-formula id="inf461">
<mml:math id="m484">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by setting the program input parameters N &#x3d; <inline-formula id="inf462">
<mml:math id="m485">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (number of subintervals within <inline-formula id="inf463">
<mml:math id="m486">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and NK &#x3d; 100 (number of Gaussian division points) (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mishchenko, 2019</xref>). All the SIR LUT related computations were performed on blade servers equipped with Intel Xeon &#x201c;Skylake&#x201d; processors on the NASA LaRC K-Cluster.</p>
<p>The <inline-formula id="inf464">
<mml:math id="m487">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf465">
<mml:math id="m488">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf466">
<mml:math id="m489">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf467">
<mml:math id="m490">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> sets in <xref ref-type="table" rid="T6">Table&#x20;6</xref> are two dimensional arrays that are stored line by line, i.e.,&#x20;650 lines (corresponding to the radii quadrature, see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref>) with 123 columns each (corresponding to the scattering angles quadrature, see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-2">Section&#x20;4.2.2</xref>).</p>
<p>The beginning position in the SIR LUT file for the data record that corresponds to a certain CRI can be computed using the sequential numbers of the real and imaginary parts (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>) as <inline-formula id="inf468">
<mml:math id="m491">
<mml:mrow>
<mml:mn>3,536</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,284,408</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>75</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bytes. For instance, if one needs the data record that corresponds to the CRI with real part <inline-formula id="inf469">
<mml:math id="m492">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.362</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf470">
<mml:math id="m493">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and imaginary part <inline-formula id="inf471">
<mml:math id="m494">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.6</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf472">
<mml:math id="m495">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) then the pointer inside of the SIR LUT file should be set at the position of <inline-formula id="inf473">
<mml:math id="m496">
<mml:mrow>
<mml:mn>615,234,968</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bytes from the beginning of&#x20;file.</p>
<p>We also share with the community codes written in C&#x2b;&#x2b;, Fortran, Python and Matlab that can be used to efficiently compute all aerosol IOPs of interest [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] from the SIR&#x20;LUT.</p>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>4.4 Usage of Look-Up Table</title>
<p>To make the practical use of the SIR LUT, it is necessary to develop a way of computing the coefficients <inline-formula id="inf474">
<mml:math id="m497">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at longer wavelengths &#x3bb; using coefficients <inline-formula id="inf475">
<mml:math id="m498">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precomputed at the reference wavelength <inline-formula id="inf476">
<mml:math id="m499">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. At this point, we have already decided on reference wavelength and quadratures that define the structure of the SIR LUT and highlighted the useful properties of efficiencies by applying the scale invariance rule (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Mishchenko, 2006</xref>). We return to theoretical derivations one last time to complete the final assembly by collecting these fragments into a working mechanism.</p>
<p>As discussed in <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>, since it is the size parameter that drives the single-scattering computations, the integration of efficiencies at longer wavelengths can be directly expressed through the integration of efficiencies calculated at a shorter wavelength. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref> allows us to apply a linear scaling of the quadratic approximation range [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref>] from <inline-formula id="inf477">
<mml:math id="m500">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf478">
<mml:math id="m501">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in order to switch in <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> from an arbitrary wavelength <inline-formula id="inf479">
<mml:math id="m502">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2265;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the reference wavelength <inline-formula id="inf480">
<mml:math id="m503">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. After repeating the PSD quadratic approximation procedure [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eqs. 12</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>], the coefficient <inline-formula id="inf481">
<mml:math id="m504">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> can be computed as<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m505">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22C5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The common multiplier <inline-formula id="inf482">
<mml:math id="m506">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in front of the bracket appears&#x20;in&#x20;<xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Eq. 24</xref> to compensate the division by radius <italic>r</italic> during each integration. If desired, one can verify the equivalence of <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs. 16</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref> numerically or prove it analytically using <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq.&#x20;22</xref>.</p>
<p>In practice, it is necessary to use an interpolation technique to estimate the coefficient <inline-formula id="inf483">
<mml:math id="m507">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> because in the general case the scaled radius <inline-formula id="inf484">
<mml:math id="m508">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> does not coincide with any of the SIR LUT radius quadrature points <inline-formula id="inf485">
<mml:math id="m509">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see Sections 3 and 4.2.1). As an option, quadratic interpolation may be used with the known LUT values of coefficient at radius quadrature points <inline-formula id="inf486">
<mml:math id="m510">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf487">
<mml:math id="m511">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf488">
<mml:math id="m512">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m513">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where the index <italic>k</italic> is generally selected to fulfill <inline-formula id="inf489">
<mml:math id="m514">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2264;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2264;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when the quadrature point <inline-formula id="inf490">
<mml:math id="m515">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is available for the case <inline-formula id="inf491">
<mml:math id="m516">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2265;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the quadrature point <inline-formula id="inf492">
<mml:math id="m517">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can go up to <inline-formula id="inf493">
<mml:math id="m518">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>m. If the index <italic>k</italic> is found to be equal to unity then the coefficient <inline-formula id="inf494">
<mml:math id="m519">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref> at the radius quadrature points <inline-formula id="inf495">
<mml:math id="m520">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf496">
<mml:math id="m521">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf497">
<mml:math id="m522">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. If the scaled radius <inline-formula id="inf498">
<mml:math id="m523">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is too small and not covered by the SIR LUT at all (see discussion related to the increase of <inline-formula id="inf499">
<mml:math id="m524">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref>) then the coefficient <inline-formula id="inf500">
<mml:math id="m525">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> vanishes. As the wavelength of interest &#x3bb; increases, the contribution from the smallest particles is lost with the relatively minor impact.</p>
<p>Different interpolation techniques, instead of quadratic as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref>, also may be applied. One should keep in mind that quadratic interpolation provides reasonable results and requires only nine multiplications and three divisions that can be done quite fast considering that 650 interpolations are needed for each aerosol IOP <italic>p</italic> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq.&#x20;11</xref>].</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref> offers a simple way to compute the coefficients <inline-formula id="inf501">
<mml:math id="m526">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at longer wavelengths using the precomputed and stored coefficients <inline-formula id="inf502">
<mml:math id="m527">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. One may skip all the mathematical theory behind <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref> as it might look complicated. In the end, the elegance of this LUT approach allows us to exchange the integration in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> at longer wavelengths with an integration at a shorter reference wavelength over a range of smaller&#x20;radii.</p>
</sec>
<sec id="s4-5">
<title>4.5 Validation of the Scale Invariance Rule Look-Up Table: Unit Tests</title>
<p>To demonstrate the improved capabilities of the SIR LUT, we will compute the aerosol IOPs of interest [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] using the SIR LUT [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eqs. 11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref>] and compare them to simulated truth values (see <xref ref-type="sec" rid="s4-5-1">Section&#x20;4.5.1</xref>).</p>
<p>At the beginning we set a <inline-formula id="inf503">
<mml:math id="m528">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative difference for all&#x20;single-scattering properties [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] as the precision target. The <inline-formula id="inf504">
<mml:math id="m529">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision shall be achieved at all&#x20;the wavelengths of interest, i.e.,&#x20;at <inline-formula id="inf505">
<mml:math id="m530">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.469</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.555</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.67</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.864</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.96</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.064</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.594</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.88</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref>). In <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref> we anticipated that the targeted precision would be most difficult to achieve at the shortest wavelength, i.e. at <inline-formula id="inf506">
<mml:math id="m531">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, despite the fact that it is the reference wavelength.</p>
<p>We compute the relative difference for the aerosol IOPs <inline-formula id="inf507">
<mml:math id="m532">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>abs</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eqs. 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] as<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m533">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <inline-formula id="inf508">
<mml:math id="m534">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the simulated truth value for the aerosol IOP&#x20;<italic>p</italic>.</p>
<p>For the elements of the normalized scattering matrix <bold>P</bold> [<xref ref-type="disp-formula" rid="e2">see Eq. 2</xref>] the relative difference is computed slightly differently:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m535">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <inline-formula id="inf509">
<mml:math id="m536">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the simulated truth of the normalized scattering matrix element <inline-formula id="inf510">
<mml:math id="m537">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We compare the difference between the SIR LUT and the simulated truth values with the maximum absolute simulated truth value because at some scattering angles <inline-formula id="inf511">
<mml:math id="m538">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> the value of <inline-formula id="inf512">
<mml:math id="m539">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element may be close to zero or vanish for natural reasons. It is important to reproduce the shape of <inline-formula id="inf513">
<mml:math id="m540">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> functions around their peaks, which for aerosols mainly occur at scattering angles <inline-formula id="inf514">
<mml:math id="m541">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> close to <inline-formula id="inf515">
<mml:math id="m542">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf516">
<mml:math id="m543">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-2">Section 4.2.2</xref>). By contrast, a <inline-formula id="inf517">
<mml:math id="m544">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> disagreement when the absolute value of the element is small tends to be more acceptable for our purposes of modeling lidar and polarimeter observables.</p>
<sec id="s4-5-1">
<title>4.5.1 Simulated Truth</title>
<p>It is now time to clarify the aerosol IOPs <inline-formula id="inf518">
<mml:math id="m545">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that we consider to be the simulated truth for comparisons in the unit tests. To compute the true IOPs <inline-formula id="inf519">
<mml:math id="m546">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we have to decide which CRIs, PSDs, and scattering angles <inline-formula id="inf520">
<mml:math id="m547">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>, as well as the integration range <inline-formula id="inf521">
<mml:math id="m548">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and integration settings to use in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>.</p>
<p>During retrievals of aerosol microphysical properties using real lidar and polarimeter data, the values of the CRIs will not necessarily coincide with the CRI quadrature of the SIR LUT (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>). A two-dimensional interpolation scheme is used to obtain the off-CRI-grid values of aerosol IOPs <inline-formula id="inf522">
<mml:math id="m549">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using several values of the same IOP estimated using the LUT at CRI grid points. We recommend the use of quadratic interpolation [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref>] in two dimensions since we found it to be fast and reliable.</p>
<p>In the unit tests we shall focus on the off-grid CRIs that are&#x20;covered but not directly included into the SIR LUT (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>) and that are realistic from the perspective of&#x20;ambient aerosols (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Dubovik et&#x20;al., 2002b</xref>). Keeping this in mind, we selected to use the set consisting of <inline-formula id="inf523">
<mml:math id="m550">
<mml:mrow>
<mml:mn>18</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>101</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,818</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> CRIs: 18 real parts <inline-formula id="inf524">
<mml:math id="m551">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the CRI in the range between 1.31&#x20;and 1.65&#x20;with a step of 0.02, and 101 imaginary parts <inline-formula id="inf525">
<mml:math id="m552">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;of the&#x20;CRI consisting of 0, and 100 equidistant values between <inline-formula id="inf526">
<mml:math id="m553">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and 0.04975 with a step of <inline-formula id="inf527">
<mml:math id="m554">
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Among these <inline-formula id="inf528">
<mml:math id="m555">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,818</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> CRIs there are six that form a subset <inline-formula id="inf529">
<mml:math id="m556">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.35</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.41</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.47</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.53</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.59</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.65</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that intersects with the CRI quadrature of the SIR LUT (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>). It is reasonable to expect high precision of the SIR LUT at CRIs <inline-formula id="inf530">
<mml:math id="m557">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We will use this property of the <inline-formula id="inf531">
<mml:math id="m558">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> subset as an additional benchmark test to help evaluate the quality of our unit&#x20;tests.</p>
<p>Let us use a monomodal lognormal distribution (see <xref ref-type="sec" rid="s3-1">Section 3.1</xref>) as the function <inline-formula id="inf532">
<mml:math id="m559">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> to simulate an ambient aerosol PSD (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Kolmogorov, 1941</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Seinfeld and Pandis, 2006</xref>). The count median radius <inline-formula id="inf533">
<mml:math id="m560">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>] in our unit tests will vary from 0.075 to <inline-formula id="inf534">
<mml:math id="m561">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.501</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with a constant step of <inline-formula id="inf535">
<mml:math id="m562">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.002</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (for a total of 714 values). Twelve geometric standard deviations &#x3c3; [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>] in the range from 1.35 to 2.01 with a constant step of 0.06 will accompany each median radius. It is enough to consider a single total number concentration <inline-formula id="inf536">
<mml:math id="m563">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>] to evaluate relative differences in the single-scattering properties. These <inline-formula id="inf537">
<mml:math id="m564">
<mml:mrow>
<mml:mn>714</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8,568</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> PSDs cover a wide range of aerosol size distributions (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Dubovik et&#x20;al., 2002b</xref>).</p>
<p>Thus, the total number of CRI&#x2013;PSD unit tests is equal to <inline-formula id="inf538">
<mml:math id="m565">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,818</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>8,568</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15,576,624</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at each wavelength of interest <inline-formula id="inf539">
<mml:math id="m566">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Recall from <xref ref-type="sec" rid="s4-2-2">Section 4.2.2</xref>, the SIR LUT uses a quadrature of 123 scattering angles that precisely represents the aerosol asymmetry parameter as well as equidistant quadratures with many more angles. Therefore, we use this scattering angle quadrature in our unit test dataset as well. Let us compute the simulated truth elements <inline-formula id="inf540">
<mml:math id="m567">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of normalized scattering matrices [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>] for the same angular quadrature.</p>
<p>Putting it all together, we track <inline-formula id="inf541">
<mml:math id="m568">
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>123</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>497</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative differences [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>] of aerosol IOPs [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] with a <inline-formula id="inf542">
<mml:math id="m569">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision target.</p>
<p>For all wavelengths of interest let us compute the simulated truth <inline-formula id="inf543">
<mml:math id="m570">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by integrating over the radius range <inline-formula id="inf544">
<mml:math id="m571">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.001</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that the SIR LUT uses at a wavelength of <inline-formula id="inf545">
<mml:math id="m572">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref>). This radius integration range covers the majority of ambient fine and coarse mode aerosol PSDs (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Dubovik et&#x20;al., 2002b</xref>). With nanoparticles included into integration at all wavelengths, we can evaluate the losses of information about nanoparticles by the SIR LUT with the increase of wavelength (see discussion related to the increase of <inline-formula id="inf546">
<mml:math id="m573">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section&#x20;4.2.1</xref>).</p>
<p>The only remaining decision is how many radius quadrature points are used if Simpson&#x2019;s rule is applied to the numerical integration in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>. The absorption coefficient at <inline-formula id="inf547">
<mml:math id="m574">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an IOP that can help us make this decision. In <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref> we selected the CRI <inline-formula id="inf548">
<mml:math id="m575">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.65</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as an example where the absorption efficiency oscillates with an amplitude exceeding two orders of magnitude (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, solid curve). Such highly oscillatory functions require a very narrow integration step to produce a precise result. For such cases, if we increase the number of logarithmically equidistant radii bins by factor of ten, we expect the computed absorption coefficient to converge and the relative difference to decrease and approach zero. We set the parameters of the aerosol PSD to <inline-formula id="inf549">
<mml:math id="m576">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf550">
<mml:math id="m577">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.7</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf551">
<mml:math id="m578">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.35</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq.&#x20;18</xref>].</p>
<p>To compute the simulated truth values, the Lorenz-Mie single-scattering calculations were performed using the well-established Bohren and Huffman program (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>). As a reminder, the SIR LUT coefficients (see <xref ref-type="sec" rid="s4-3">Section 4.3</xref>) were computed using the Mishchenko et&#x20;al. program (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Mishchenko, 2019</xref>). By cross-checking the two Lorenz-Mie programs we achieved a high level of confidence in the unit&#x20;tests.</p>
</sec>
<sec id="s4-5-2">
<title>4.5.2 Results of the Unit Tests</title>
<p>
<xref ref-type="table" rid="T7">Table&#x20;7</xref> lists the results of the numerical integration. As the number of radius quadrature points increases, the value of the absorption coefficient converges, as expected. After the number of points reaches <inline-formula id="inf552">
<mml:math id="m579">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the <inline-formula id="inf553">
<mml:math id="m580">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision level is achieved, but even more points are needed to converge to the value that would be considered the simulated truth. The relative difference between the <inline-formula id="inf554">
<mml:math id="m581">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf555">
<mml:math id="m582">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> radius quadrature points is close to numerical zero, which is the best we can expect in terms of convergence.</p>
<table-wrap id="T7" position="float">
<label>TABLE 7</label>
<caption>
<p>Computed values of the aerosol absorption coefficient.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Number of radius quadrature points</th>
<th align="center">Abs (Mm<sup>-1</sup>)</th>
<th align="center">Relative difference (%)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">10<sup>3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0.00175102</td>
<td align="center">&#x2212;5.135</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10<sup>4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0.00208741</td>
<td align="center">13.388</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10<sup>5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0.00184286</td>
<td align="center">0.104</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10<sup>6</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0.00184106</td>
<td align="center">0.007</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10<sup>7</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0.00184094</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf562">
<mml:math id="m589">
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2<inline-formula id="inf563">
<mml:math id="m590">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. The simulated truth value</td>
<td align="char" char=".">0.00184094</td>
<td align="center">&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Computed from the SIR LUT</td>
<td align="char" char=".">0.00183823</td>
<td align="center">&#x2212;0.147</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The absolute value of the absorption coefficient in this test is small because the imaginary part of CRI is very close to zero. We intentionally selected this almost non-absorbing aerosol because during the SIR LUT development stage we experienced the most difficulties in achieving <inline-formula id="inf565">
<mml:math id="m592">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision for the low absorbing particles.</p>
<p>Based on <xref ref-type="table" rid="T7">Table&#x20;7</xref>, we made a decision to compute all the simulated truth aerosol IOPs <inline-formula id="inf566">
<mml:math id="m593">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] by applying Simpson&#x2019;s rule using <inline-formula id="inf567">
<mml:math id="m594">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> logarithmically equidistant radius quadrature points in the range from <inline-formula id="inf568">
<mml:math id="m595">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf569">
<mml:math id="m596">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We may have to use even more quadrature points if, in the future, the SIR LUT is extended to have more imaginary parts of the CRI between 0 and <inline-formula id="inf570">
<mml:math id="m597">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. One can see that solid curve in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> has multiple spikes at least two orders of magnitude from the basic trend. For imaginary parts below <inline-formula id="inf571">
<mml:math id="m598">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we expect to see efficiencies that are even more oscillatory compared to the solid curve of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>.</p>
<p>Moving further, we computed the simulated truth values for all the aerosol IOPs [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] at twelve wavelengths <inline-formula id="inf572">
<mml:math id="m599">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and compared them [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>] to the corresponding LUT values [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eqs. 11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref>]. The targeted <inline-formula id="inf573">
<mml:math id="m600">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision level was achieved in all cases except for the <inline-formula id="inf574">
<mml:math id="m601">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element of the normalized scattering matrix, which turned out to be the most difficult aerosol IOP to tabulate. All the other aerosol IOPs were computed using the SIR LUT within the targeted precision.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> and <xref ref-type="table" rid="T8">Table&#x20;8</xref> show the details of the CRI&#x2013;PSD unit tests at two minimum wavelengths of interest that lead to a relative error [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>] larger than <inline-formula id="inf575">
<mml:math id="m602">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the element <inline-formula id="inf576">
<mml:math id="m603">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Panels <bold>(A)</bold> and <bold>(B)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> detail the locations of the problematic PSDs in terms of median radius and geometric standard deviation <bold>(A)</bold>, and effective radius and effective variance <bold>(B)</bold>. Panel <bold>(C)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> depicts the locations of problematic CRIs, and panel <bold>(D)</bold> provides the histograms of relative differences for only the unit tests that failed to reach the <inline-formula id="inf577">
<mml:math id="m604">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Outliers in <inline-formula id="inf578">
<mml:math id="m605">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> computations from the SIR LUT at <inline-formula id="inf579">
<mml:math id="m606">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Outliers in <inline-formula id="inf580">
<mml:math id="m607">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> computations from the SIR LUT at <inline-formula id="inf581">
<mml:math id="m608">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g004.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T8" position="float">
<label>TABLE 8</label>
<caption>
<p>Overview of the SIR LUT performance.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="3" align="left">IOP</th>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf582">
<mml:math id="m609">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3d;</mml:mi>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf583">
<mml:math id="m610">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="left"/>
</tr>
<tr>
<th align="center">Min</th>
<th align="center">Max</th>
<th align="center">Accuracy</th>
<th align="center">Outliers</th>
<th align="center">Min</th>
<th align="center">Max</th>
<th align="center">Accuracy</th>
<th align="center">Outliers</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">Number</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">Number</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">&#x3b2;</td>
<td align="center">&#x2212;0.63</td>
<td align="center">0.81</td>
<td align="center">&#x2212;5<inline-formula id="inf584">
<mml:math id="m611">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;0.58</td>
<td align="center">0.62</td>
<td align="center">&#x2212;5<inline-formula id="inf585">
<mml:math id="m612">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf586">
<mml:math id="m613">
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf587">
<mml:math id="m614">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">&#x2212;3<inline-formula id="inf588">
<mml:math id="m615">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf589">
<mml:math id="m616">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">&#x2212;3<inline-formula id="inf590">
<mml:math id="m617">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x3b1;</td>
<td align="center">&#x2212;4<inline-formula id="inf591">
<mml:math id="m618">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf592">
<mml:math id="m619">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf593">
<mml:math id="m620">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;4<inline-formula id="inf594">
<mml:math id="m621">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf595">
<mml:math id="m622">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">&#x2212;7<inline-formula id="inf596">
<mml:math id="m623">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;5</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf597">
<mml:math id="m624">
<mml:mrow>
<mml:mtext>abs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;5<inline-formula id="inf598">
<mml:math id="m625">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf599">
<mml:math id="m626">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;4<inline-formula id="inf600">
<mml:math id="m627">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">5<inline-formula id="inf601">
<mml:math id="m628">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf602">
<mml:math id="m629">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;2<inline-formula id="inf603">
<mml:math id="m630">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">4<inline-formula id="inf604">
<mml:math id="m631">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;2<inline-formula id="inf605">
<mml:math id="m632">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">4<inline-formula id="inf606">
<mml:math id="m633">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf607">
<mml:math id="m634">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;8<inline-formula id="inf608">
<mml:math id="m635">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">&#x2212;2<inline-formula id="inf609">
<mml:math id="m636">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;8<inline-formula id="inf610">
<mml:math id="m637">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf611">
<mml:math id="m638">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf612">
<mml:math id="m639">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;2.24</td>
<td align="center">1.59</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf613">
<mml:math id="m640">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="center">1,494</td>
<td align="center">&#x2212;1.66</td>
<td align="center">1.17</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf614">
<mml:math id="m641">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">529</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf615">
<mml:math id="m642">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;8<inline-formula id="inf616">
<mml:math id="m643">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf617">
<mml:math id="m644">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;8<inline-formula id="inf618">
<mml:math id="m645">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;3</sup>
</td>
<td align="center">10<sup>&#x2013;2</sup>
</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf619">
<mml:math id="m646">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf620">
<mml:math id="m647">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;0.15</td>
<td align="center">0.09</td>
<td align="center">3<inline-formula id="inf621">
<mml:math id="m648">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">&#x2212;0.12</td>
<td align="center">0.07</td>
<td align="center">4<inline-formula id="inf622">
<mml:math id="m649">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>10<sup>&#x2013;4</sup>
</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>One can see that the problematic PSDs describe coarse mode aerosols with an effective radius exceeding <inline-formula id="inf623">
<mml:math id="m650">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and an effective variance exceeding 0.45 (see panel <bold>(B)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>). These effective radii and variances correspond to large aerosols with sizes that are sparsely covered by our logarithmically equidistant distributed set <inline-formula id="inf624">
<mml:math id="m651">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of radius quadrature points (see Sections 3 and 4.2.1). All the problematic CRIs have an imaginary part around zero (see panel <bold>(C)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>). We thus expect that the <inline-formula id="inf625">
<mml:math id="m652">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directional scattering efficiency for small imaginary parts oscillates even more vigorously than the absorption efficiency (see solid curve of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>). If we find it necessary to improve the precision of <inline-formula id="inf626">
<mml:math id="m653">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in the next version of the SIR LUT we will need to have more radius quadrature points M (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref>), denser coverage of imaginary parts of CRI around zero (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-3">Section 4.2.3</xref>), and possibly use additional integration points to compute the values of simulated truth and the SIR LUT coefficients [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>]. The current version of the SIR LUT allows us to estimate the <inline-formula id="inf627">
<mml:math id="m654">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element of the normalized scattering matrix to within <inline-formula id="inf628">
<mml:math id="m655">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see panel <bold>(D)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> and <xref ref-type="table" rid="T8">Table&#x20;8</xref>).</p>
<p>Let us point out that panel <bold>(C)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> is missing the points corresponding to the subset <inline-formula id="inf629">
<mml:math id="m656">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> mentioned earlier. Interestingly, the CRI point <inline-formula id="inf630">
<mml:math id="m657">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.41</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is absent from panel <bold>(C)</bold> but two of its closest neighbors <inline-formula id="inf631">
<mml:math id="m658">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.39</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2209;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf632">
<mml:math id="m659">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.43</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2209;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are marked as the problematic CRIs. Intuition suggests that the CRI point between those two also has a potential to be problematic. We expect to have the highest precision of the SIR LUT at the points of the CRI quadrature and one of them is the point <inline-formula id="inf633">
<mml:math id="m660">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.41</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which explains its absence from panel <bold>(C)</bold>. We consider this feature to be an additional indicator of proper behavior by the SIR&#x20;LUT.</p>
<p>Panel <bold>(D)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> show the histograms of <inline-formula id="inf634">
<mml:math id="m661">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative differences [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>] for the problematic CRI&#x2013;PSD unit tests out of <inline-formula id="inf635">
<mml:math id="m662">
<mml:mrow>
<mml:mn>15,576,624</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> total tests spanning the entire scattering angle quadrature consisting of 123 angles (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-2">Section 4.2.2</xref>). The <inline-formula id="inf636">
<mml:math id="m663">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision target was not achieved <inline-formula id="inf637">
<mml:math id="m664">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,494</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times at a wavelength of <inline-formula id="inf638">
<mml:math id="m665">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf639">
<mml:math id="m666">
<mml:mrow>
<mml:mn>7.8</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3D</xref> and <xref ref-type="table" rid="T8">Table&#x20;8</xref>) and 529&#x20;times at <inline-formula id="inf640">
<mml:math id="m667">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.41</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf641">
<mml:math id="m668">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.8</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; see <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4D</xref> and <xref ref-type="table" rid="T8">Table&#x20;8</xref>). In <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref> we anticipated improvement in the SIR LUT precision as the wavelength increases and <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> together with <xref ref-type="table" rid="T8">Table&#x20;8</xref> confirm this behavior. The trend of a reduction in the number of problematic cases continues as the wavelength increases and the number drops to zero at <inline-formula id="inf642">
<mml:math id="m669">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>To increase confidence in the precision of the SIR LUT, we conducted an additional test using <inline-formula id="inf643">
<mml:math id="m670">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,000,000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> random &#x3bb;&#x2013;CRI&#x2013;PSD unit tests. A uniform random number generator provided evenly distributed values of wavelength &#x3bb; in the range from 0.355 to <inline-formula id="inf644">
<mml:math id="m671">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, count median radius <inline-formula id="inf645">
<mml:math id="m672">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>med</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from 0.075 to <inline-formula id="inf646">
<mml:math id="m673">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, geometric standard deviation &#x3c3; from 1.35 to 2.01, real part of the CRI <inline-formula id="inf647">
<mml:math id="m674">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>R</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from 1.31 to 1.65, and imaginary part of the CRI <inline-formula id="inf648">
<mml:math id="m675">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from 0 to 0.05. Using these random inputs, we computed the simulated truth values for all the aerosol IOPs [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs. 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>] and compared them to the corresponding SIR LUT values [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eqs. 11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref>]. The <inline-formula id="inf649">
<mml:math id="m676">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision was not achieved in eleven cases for the aerosol absorption coefficient and once for the <inline-formula id="inf650">
<mml:math id="m677">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element of the normalized scattering matrix. All these cases have an imaginary part of the CRI between 0 and <inline-formula id="inf651">
<mml:math id="m678">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Qualitatively, the assessment is very similar to what is shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>,&#x20;<xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>.</p>
<p>With the presented results of numerical simulations, we conclude that the performance of the SIR LUT for all the aerosol IOPs of interest is precise to within <inline-formula id="inf652">
<mml:math id="m679">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> except for a few cases where <inline-formula id="inf653">
<mml:math id="m680">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is within <inline-formula id="inf654">
<mml:math id="m681">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The impact of the precision of <inline-formula id="inf655">
<mml:math id="m682">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on polarimeter observables will be explored in <xref ref-type="sec" rid="s4-7">Section&#x20;4.7</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4-6">
<title>4.6 Validation of the Spherical Kernels Look-Up Table: Unit Tests</title>
<p>An important topic to consider is the precision of the SK LUT that is currently in use and served as the inspiration for the SIR LUT&#x20;(<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>). It is first necessary to understand what improvements, if any, are achieved using quadratic approximation of the aerosol PSD [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref>] and by the cost of increasing the number of stored coefficients (see Sections 4.2&#x2013;4.3). We will also provide more details on the aerosol lidar backscatter and extinction coefficients. For the other aerosol IOPs we provide histograms with relative differences. It is sufficient to explore only the 0.355 and <inline-formula id="inf656">
<mml:math id="m683">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> wavelengths to study if the precision of the SK LUT also improves as the wavelength increases. For brevity, we skip the wavelength of <inline-formula id="inf657">
<mml:math id="m684">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.064</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that is also used by the HSRL-2 instrument. The relative difference comparisons are made using the same simulated truth values for the <inline-formula id="inf658">
<mml:math id="m685">
<mml:mrow>
<mml:mn>15,576,624</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit tests that are described in <xref ref-type="sec" rid="s4-5">Section&#x20;4.5</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref> show the results of comparisons. Each dot in the panels <bold>(A&#x2013;C)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> indicates that <inline-formula id="inf659">
<mml:math id="m686">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative difference was not achieved for at least one HSRL-2 UV&#x2013;VIS observable for a given CRI or PSD. The histograms in panel <bold>(D)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> and all panels of <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> plot the distribution of relative differences [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>] that are greater than <inline-formula id="inf660">
<mml:math id="m687">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Outliers in <inline-formula id="inf661">
<mml:math id="m688">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>355</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> computations from the SK LUT. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Outliers in <inline-formula id="inf662">
<mml:math id="m689">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>355</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> computations from the SK LUT. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Outliers in <inline-formula id="inf663">
<mml:math id="m690">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>532</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> computations from the SK LUT. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Outliers in <inline-formula id="inf664">
<mml:math id="m691">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>532</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> computations from the SK LUT. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Overview of the SK LUT outliers at <inline-formula id="inf665">
<mml:math id="m692">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Overview of the SK LUT outliers at <inline-formula id="inf666">
<mml:math id="m693">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g010.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T9" position="float">
<label>TABLE 9</label>
<caption>
<p>Overview of the SK LUT performance.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="3" align="left">IOP</th>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf667">
<mml:math id="m694">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf668">
<mml:math id="m695">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="left"/>
</tr>
<tr>
<th align="center">Min</th>
<th align="center">Max</th>
<th align="center">Accuracy</th>
<th align="center">Outliers</th>
<th align="center">Min</th>
<th align="center">Max</th>
<th align="center">Accuracy</th>
<th align="center">Outliers</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">Number</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">(%)</th>
<th align="center">Number</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">&#x3b2;</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;22.1</td>
<td align="char" char=".">34.1</td>
<td align="char" char=".">6.05</td>
<td align="center">13,473,394</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;16.5</td>
<td align="char" char=".">30.6</td>
<td align="char" char=".">4.49</td>
<td align="center">12,094,591</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf669">
<mml:math id="m696">
<mml:mrow>
<mml:mtext>sca</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;2.5</td>
<td align="char" char=".">3.3</td>
<td align="char" char=".">0.99</td>
<td align="center">10,018,378</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;2.1</td>
<td align="char" char=".">3.3</td>
<td align="char" char=".">0.93</td>
<td align="center">10,432,117</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x3b1;</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;1.8</td>
<td align="char" char=".">2.6</td>
<td align="char" char=".">0.67</td>
<td align="center">1,330,281</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;1.8</td>
<td align="char" char=".">2.6</td>
<td align="char" char=".">0.62</td>
<td align="center">2,029,788</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf670">
<mml:math id="m697">
<mml:mrow>
<mml:mtext>abs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.7</td>
<td align="char" char=".">90.8</td>
<td align="char" char=".">1.04</td>
<td align="center">1,303,511</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.7</td>
<td align="char" char=".">91.8</td>
<td align="char" char=".">1.09</td>
<td align="center">1,870,540</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf671">
<mml:math id="m698">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;1.2</td>
<td align="char" char=".">1.4</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.39</td>
<td align="center">8,326</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;1.2</td>
<td align="char" char=".">3.7</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.35</td>
<td align="center">44,104</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf672">
<mml:math id="m699">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;3.5</td>
<td align="char" char=".">4.1</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.02</td>
<td align="center">10,942,269</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;3.7</td>
<td align="char" char=".">4.3</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.03</td>
<td align="center">18,754,373</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf673">
<mml:math id="m700">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;75.4</td>
<td align="char" char=".">80.2</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.15</td>
<td align="center">99,240,602</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;80.7</td>
<td align="char" char=".">79.7</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.22</td>
<td align="center">133,411,322</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf674">
<mml:math id="m701">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;3.5</td>
<td align="char" char=".">4.1</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.02</td>
<td align="center">10,937,936</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;3.7</td>
<td align="char" char=".">4.3</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.03</td>
<td align="center">18,744,124</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf675">
<mml:math id="m702">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;4.7</td>
<td align="char" char=".">8.1</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.03</td>
<td align="center">21,940,573</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;4.7</td>
<td align="char" char=".">27.8</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.04</td>
<td align="center">29,401,117</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In this test of the SK LUT, we found that the backscatter coefficient at <inline-formula id="inf676">
<mml:math id="m703">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> had the worst accuracy and precision (see <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>). The <inline-formula id="inf677">
<mml:math id="m704">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative difference was not achieved <inline-formula id="inf678">
<mml:math id="m705">
<mml:mrow>
<mml:mn>13,473,394</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times at a wavelength of <inline-formula id="inf679">
<mml:math id="m706">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf680">
<mml:math id="m707">
<mml:mrow>
<mml:mn>86.5</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and <inline-formula id="inf681">
<mml:math id="m708">
<mml:mrow>
<mml:mn>12,094,591</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times at <inline-formula id="inf682">
<mml:math id="m709">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf683">
<mml:math id="m710">
<mml:mrow>
<mml:mn>77.65</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The relative differences of HSRL-2 UV&#x2013;VIS observables are within <inline-formula id="inf684">
<mml:math id="m711">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>35</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf685">
<mml:math id="m712">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5D</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>) and <inline-formula id="inf686">
<mml:math id="m713">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>31</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf687">
<mml:math id="m714">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7D</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>). The relative difference also improves as the wavelength increases as we anticipated in <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref> for this type of LUT, and which we have already seen for the SIR LUT in <xref ref-type="sec" rid="s4-5">Section 4.5</xref>. The improvement is relatively minor and every CRI and PSD was found to result in a computed lidar backscatter coefficient with a relative difference of greater than <inline-formula id="inf688">
<mml:math id="m715">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at least once (see panels <bold>(A&#x2013;C)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5</xref>,&#x20;<xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>).</p>
<p>All four relative difference histograms (see panel <bold>(D)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>) of the HSRL-2 UV&#x2013;VIS observables are asymmetric, and indicate a tendency of the SK LUT to overestimate the HSRL-2 observables. It is unexpected to see an overestimation here, because of the significant difference in the integration range for radius. We computed the simulated truth values with the integration range up to <inline-formula id="inf689">
<mml:math id="m716">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eqs. 3</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>]. By contrast, the SK LUT stops at <inline-formula id="inf690">
<mml:math id="m717">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>33.9</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in terms of particle radius (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>). The information between <inline-formula id="inf691">
<mml:math id="m718">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>33.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf692">
<mml:math id="m719">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is lost, and that naturally should lead to underestimations. The reason for systematic overestimates is unknown but will be investigated separately.</p>
<p>Compared to the lidar backscatter coefficient, the accuracy and precision of the extinction coefficient are noticeably better (see <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>). The <inline-formula id="inf693">
<mml:math id="m720">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relative difference was not achieved <inline-formula id="inf694">
<mml:math id="m721">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,330,281</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times at a wavelength of <inline-formula id="inf695">
<mml:math id="m722">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf696">
<mml:math id="m723">
<mml:mrow>
<mml:mn>8.54</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and <inline-formula id="inf697">
<mml:math id="m724">
<mml:mrow>
<mml:mn>2,029,788</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times at <inline-formula id="inf698">
<mml:math id="m725">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf699">
<mml:math id="m726">
<mml:mrow>
<mml:mn>13.03</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The relative differences are within <inline-formula id="inf700">
<mml:math id="m727">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at both 0.355 (see <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6D</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>) and <inline-formula id="inf701">
<mml:math id="m728">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8D</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>). It is unexpected to see that the SK LUT precision for the extinction coefficient degrades with the increase of wavelength, but the interesting feature is that degradation appears to be approximately proportional to the scaling factor <inline-formula id="inf702">
<mml:math id="m729">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The same scaling factor of <inline-formula id="inf703">
<mml:math id="m730">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be noticed in terms of the effective radius too. The estimations with SK LUT show precision issues for PSDs with effective radius up to <inline-formula id="inf704">
<mml:math id="m731">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.2</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at wavelength <inline-formula id="inf705">
<mml:math id="m732">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and up to <inline-formula id="inf706">
<mml:math id="m733">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.8</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf707">
<mml:math id="m734">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see panel <bold>(B)</bold> of <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>). Most probably, this decrease in precision happens because of features specific to the extinction efficiencies that are amplified by the fact that the SK LUT has only 41 radius quadrature points (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>) compared to 650 for the SIR LUT (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-1">Section 4.2.1</xref>). It is known that extinction efficiencies are the most oscillatory for the values of the size parameter <inline-formula id="inf708">
<mml:math id="m735">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>). As the size parameter increases, the extinction efficiencies asymptotically approach a constant value. As a result, it is sufficient to use fewer radius quadrature points to characterize the extinction efficiency function for PSDs of larger particles; this leads to more precise extinction coefficients for coarse mode aerosols by the SK&#x20;LUT.</p>
<p>The accuracy and precision of the SK LUT for the absorption coefficient (see panel <bold>(A)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>) and all the four elements of the normalized scattering matrix (see panels <bold>(C&#x2013;F)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref>) also degrade as the wavelength increases. Only the <inline-formula id="inf709">
<mml:math id="m736">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element has a fairly symmetric histogram of relative&#x20;differences (see panel <bold>(D)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>). Panels <bold>(C&#x2013;F)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> and <xref ref-type="table" rid="T9">Table&#x20;9</xref> reflect the results of comparisons that were done only at 101 scattering angles which are common between the angular quadratures of the SIR LUT (see <xref ref-type="sec" rid="s4-2-2">Section 4.2.2</xref>) and the SK LUT (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dubovik and King, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Dubovik et&#x20;al., 2002a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dubovik et&#x20;al., 2006</xref>).</p>
<p>One can see that the degradation with increasing wavelength in the relative difference of the aerosol IOPs is a general feature of the SK LUT. We do not plot the results of comparisons for the third HSRL-2 wavelength at <inline-formula id="inf710">
<mml:math id="m737">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.064</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for brevity, but the relative difference further degrades compared to <inline-formula id="inf711">
<mml:math id="m738">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.532</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We believe that it is related to the use of only 41 radius quadrature points, which is most probably not enough to fulfill the conditions of Nyquist&#x2013;Shannon&#x2013;Kotelnikov sampling theorem, which states that twice as many quadrature points are needed compared to the oscillation frequency (<xref ref-type="bibr" rid="B12">L&#xfc;ke, 1999</xref>).</p>
<p>In summary, the new SIR LUT significantly improves upon the precision of the SK LUT at a cost of a factor of ninety in computer RAM. We recommend using the improved SIR LUT to model lidar and polarimeter observables from high precision instruments.</p>
</sec>
<sec id="s4-7">
<title>4.7 Validation of the Scale Invariance Rule and Spherical Kernel Look-Up Tables With Stokes Parameters</title>
<p>As a final test, let us compute and compare the Stokes parameters of scattered light for a selection of simulated cases. We will focus on the Stokes parameters I, Q, U, and the degree of linear polarization DLP<inline-formula id="inf712">
<mml:math id="m739">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>Q</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>U</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>I</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Van de Hulst, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bohren and Huffman, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>). The Stokes parameters will be computed at the top of the atmosphere using the Advanced Doubling-Adding code for the Earth&#x2019;s atmosphere including molecular scattering (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Hansen and Travis, 1974</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Stamnes et&#x20;al., 2018</xref>). We will consider <inline-formula id="inf713">
<mml:math id="m740">
<mml:mrow>
<mml:mn>3,024</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> cases that are formed by seven real parts (from 1.35 to 1.65 with a step 0.05), four imaginary parts (0, 0.001, 0.005, and 0.03) of the CRI, three fine (<inline-formula id="inf714">
<mml:math id="m741">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>eff</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, 0.2, and <inline-formula id="inf715">
<mml:math id="m742">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and coarse mode (<inline-formula id="inf716">
<mml:math id="m743">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>eff</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, 1.8, and <inline-formula id="inf717">
<mml:math id="m744">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.6</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) effective radii coupled with single fine (<inline-formula id="inf718">
<mml:math id="m745">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>eff</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and coarse (<inline-formula id="inf719">
<mml:math id="m746">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>eff</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) mode effective variances [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>], accompanied by four fine mode (0.04, 0.08, 0.3, and 0.6) and three coarse mode (0.04, 0.08, and 0.16) atmospheric optical depths.</p>
<p>We continue targeting <inline-formula id="inf720">
<mml:math id="m747">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision for all the Stokes parameters and use <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref> as a measure because I, Q, U, and DLP depend on the scattering angle <inline-formula id="inf721">
<mml:math id="m748">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>. Let us use the extreme wavelengths of <inline-formula id="inf722">
<mml:math id="m749">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;0.355 and <inline-formula id="inf723">
<mml:math id="m750">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, to reveal the &#x3bb;-dependency in the quality of performance of&#x20;LUTs.</p>
<p>We computed 160 scattering angles <inline-formula id="inf724">
<mml:math id="m751">
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> between <inline-formula id="inf725">
<mml:math id="m752">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>65</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf726">
<mml:math id="m753">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>65</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for&#x20;the <inline-formula id="inf727">
<mml:math id="m754">
<mml:mrow>
<mml:mn>3,024</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> cases, resulting in <inline-formula id="inf728">
<mml:math id="m755">
<mml:mrow>
<mml:mn>483,840</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> test points, and we compared the simulated truth values of I, Q, U, and DLP for each of them to the&#x20;corresponding values computed with each of the two LUTs. We&#x20;found that for all <inline-formula id="inf729">
<mml:math id="m756">
<mml:mrow>
<mml:mn>483,840</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> test values the SIR LUT reached the <inline-formula id="inf730">
<mml:math id="m757">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision for all the Stokes parameters. The SK LUT demonstrated precision better than <inline-formula id="inf731">
<mml:math id="m758">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> only at wavelength <inline-formula id="inf732">
<mml:math id="m759">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> shows the results of comparisons for the SK LUT at <inline-formula id="inf733">
<mml:math id="m760">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, but again only for the tests that failed to reach the <inline-formula id="inf734">
<mml:math id="m761">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> precision. The <inline-formula id="inf735">
<mml:math id="m762">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> test failed 642&#x20;times for I (<inline-formula id="inf736">
<mml:math id="m763">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.13</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; see panel <bold>(A)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>), <inline-formula id="inf737">
<mml:math id="m764">
<mml:mrow>
<mml:mn>6,663</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times for Q (<inline-formula id="inf738">
<mml:math id="m765">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.38</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; see panel <bold>(B)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>), <inline-formula id="inf739">
<mml:math id="m766">
<mml:mrow>
<mml:mn>7,817</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times for U (<inline-formula id="inf740">
<mml:math id="m767">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.62</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; see panel <bold>(C)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>), and <inline-formula id="inf741">
<mml:math id="m768">
<mml:mrow>
<mml:mn>8,533</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times for DLP (<inline-formula id="inf742">
<mml:math id="m769">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.76</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; see panel <bold>(D)</bold> of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>). <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> confirms that degradation with increasing wavelength is a general feature of the SK LUT and the increase of wavelength has negative impact on the precision of estimations.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Selected Stokes parameters. Overview of the SK LUT outliers at <inline-formula id="inf743">
<mml:math id="m770">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.264</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Description of labels is given in text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frsen-02-711106-g011.tif"/>
</fig>
<p>With these results we conclude that the performance of the SIR LUT for polarimeter observables stays within <inline-formula id="inf744">
<mml:math id="m771">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> without degrading at increasing wavelength. Also, as another conclusion, it is interesting to see that precise computation of Stokes parameters requires fewer radii grid bins compared to the elements of the normalized scattering matrix and lidar observables.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>The SIR LUT provides an improved aerosol inherent optical properties LUT that can be used with advanced lidar and polarimeter aerosol microphysical retrievals as well as other remote sensing and <italic>in situ</italic> applications. Depending on the aerosol IOP, the SIR LUT improves precision by up to <inline-formula id="inf745">
<mml:math id="m772">
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> compared to the SK LUT. The design of the LUT takes into account mathematical features of Lorenz-Mie scattering theory and can be applied to a range of wavelengths starting at <inline-formula id="inf746">
<mml:math id="m773">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a range of aerosol PSDs. The theoretical background of the LUT design was published as a minor part of earlier studies. In this contribution we attempted to provide a complete and thorough description of the most important mathematical aspects of the SIR&#x20;LUT.</p>
<p>We introduced several theoretical and practical improvements to the existing LUT approach. We implemented quadratic approximation of the aerosol PSD since we found it improves precision over linear approximation. The new irregular angular quadrature allows us to use fewer scattering angles and improves precision at the same time. The range of size parameters was widened and now covers values from <inline-formula id="inf747">
<mml:math id="m774">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>0.018</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf748">
<mml:math id="m775">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223C;</mml:mo>
<mml:mn>1,770</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Due to our access to superior computational hardware, we also increased the number of radius quadrature points to the extent that it fulfills the conditions of Nyquist&#x2013;Shannon&#x2013;Kotelnikov sampling theorem. The larger number of radius quadrature points solves the SK LUT&#x2019;s issue that causes degraded accuracy and precision of the aerosol IOPs as the wavelength increases.</p>
<p>For verification, we used two reliable Lorenz-Mie single-scattering programs developed by two independent and well established scientific groups in the field of light scattering by small particles. One program was used to compute the coefficients of the SIR LUT itself at the reference wavelength of <inline-formula id="inf749">
<mml:math id="m776">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.355</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The other program was used to compute the simulated truth data at twelve wavelengths of interest via direct integration of the aerosol PSD using Simpson&#x2019;s rule. Aerosol IOPs computed from the SIR LUT are precise to within <inline-formula id="inf750">
<mml:math id="m777">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the exception that <inline-formula id="inf751">
<mml:math id="m778">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>&#x398;</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is precise to within <inline-formula id="inf752">
<mml:math id="m779">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mtext>%</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when the imaginary part of the CRI is below <inline-formula id="inf753">
<mml:math id="m780">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As anticipated, the shortest tested wavelength delivers the least precise results in terms of aerosol IOPs and the precision of the SIR LUT improves as the wavelength increases. Further improvements in the precision of IOPs will likely require more radius quadrature points and denser coverage of the CRI that will increase the size of the SIR&#x20;LUT.</p>
<p>Overall, the precision of aerosol IOPs computed from the SIR LUT is nearly equivalent to direct integration of the PSD using Simpson&#x2019;s rule with <inline-formula id="inf754">
<mml:math id="m781">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of logarithmically equidistant radius quadrature points from <inline-formula id="inf755">
<mml:math id="m782">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf756">
<mml:math id="m783">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, but can be used to make calculations about <inline-formula id="inf757">
<mml:math id="m784">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times as quickly. The SIR LUT and examples of its use in several programming languages including C&#x2b;&#x2b;, Fortran, Matlab, and Python are publicly available for the benefit of community at the web page <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://science.larc.nasa.gov/polarimetry">https://science.larc.nasa.gov/polarimetry</ext-link>.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The datasets presented in this study can be found in online repositories. The names of the repository/repositories and accession number(s) can be found below: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://science.larc.nasa.gov/polarimetry">https://science.larc.nasa.gov/polarimetry</ext-link>.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>Look-up table design and theory development: EC, SS, OD. Look-up table balancing between the size and precision: EC, SS, XL, BC. Quality control: SS, SB, CH, RF. Text: all authors. Grammar and wording improvements: SB,&#x20;SS.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This research was partially funded by a NASA Remote Sensing Theory award.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>Author EC is employed by Science Systems and Applications, Inc.The remaining authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec id="s10" sec-type="disclaimer">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>The authors acknowledge the support of NASA LaRC K-Cluster staff, and thank Steven H. Carrithers in particular for his expert support in scientific computing. The authors also thank reviewers for their useful feedback leading to improvements of this&#x20;work.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bohren</surname>
<given-names>C. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huffman</surname>
<given-names>D. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1983</year>). <source>Absorption and Scattering of Light by Small Particles</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Burton</surname>
<given-names>S. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hostetler</surname>
<given-names>C. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cook</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hair</surname>
<given-names>J.&#x20;W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seaman</surname>
<given-names>S. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scola</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Calibration of a High Spectral Resolution Lidar Using a Michelson Interferometer, with Data Examples from ORACLES</article-title>. <source>Appl. Opt.</source> <volume>57</volume>, <fpage>6061</fpage>&#x2013;<lpage>6075</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ao.57.006061</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cairns</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Russell</surname>
<given-names>E. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Travis</surname>
<given-names>L. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Research Scanning Polarimeter: Calibration and Ground-Based Measurements</article-title>. <source>Proc. SPIE</source> <volume>3754</volume>, <fpage>186</fpage>&#x2013;<lpage>196</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Holben</surname>
<given-names>B. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lapyonok</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sinyuk</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2002a</year>). <article-title>Non-spherical Aerosol Retrieval Method Employing Light Scattering by Spheroids</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source> <volume>29</volume> (<issue>10</issue>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2001gl014506</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lapyonok</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Litvinov</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herman</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fuertes</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ducos</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2014</year>). <source>GRASP: A Versatile Algorithm for Characterizing the Atmosphere</source>. <publisher-loc>Newsroom</publisher-loc>: <publisher-name>SPIE</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herman</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Holdak</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lapyonok</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tanr&#xe9;</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deuz&#xe9;</surname>
<given-names>J.&#x20;L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Statistically Optimized Inversion Algorithm for Enhanced Retrieval of Aerosol Properties from Spectral Multi-Angle Polarimetric Satellite Observations</article-title>. <source>Atmos. Meas. Tech.</source> <volume>4</volume>, <fpage>975</fpage>&#x2013;<lpage>1018</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5194/amt-4-975-2011</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Holben</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eck</surname>
<given-names>T. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smirnov</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kaufman</surname>
<given-names>Y. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>King</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2002b</year>). <article-title>Variability of Absorption and Optical Properties of Key Aerosol Types Observed in Worldwide Locations</article-title>. <source>J.&#x20;Atmos. Sci.</source> <volume>59</volume>, <fpage>590</fpage>&#x2013;<lpage>608</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1175/1520-0469(2002)059&#x3c;0590:voaaop&#x3e;2.0.co;2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>King</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>A Flexible Inversion Algorithm for Retrieval of Aerosol Optical Properties from Sun and Sky Radiance Measurements</article-title>. <source>J.&#x20;Geophys. Res.</source> <volume>105</volume>, <fpage>20673</fpage>&#x2013;<lpage>20696</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2000jd900282</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubovik</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sinyuk</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lapyonok</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Holben</surname>
<given-names>B. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Application of Spheroid Models to Account for Aerosol Particle Nonsphericity in Remote Sensing of Desert Dust</article-title>. <source>J.&#x20;Geophys. Res.</source> <volume>111</volume>, <fpage>D11208</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2005jd006619</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hansen</surname>
<given-names>J.&#x20;E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Travis</surname>
<given-names>L. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1974</year>). <article-title>Light Scattering in Planetary Atmospheres</article-title>. <source>Space Sci. Rev.</source> <volume>16</volume>, <fpage>527</fpage>&#x2013;<lpage>610</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/bf00168069</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kolmogorov</surname>
<given-names>A. N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1941</year>). <article-title>About the Logarithmic-normal Law of Particle Size Distribution during Crushing</article-title>. <source>Proc. USSR Acad. Sci.</source> <volume>31</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>99</fpage>&#x2013;<lpage>101</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>L&#xfc;ke</surname>
<given-names>H. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>The Origins of the Sampling Theorem</article-title>. <source>IEEE Commun. Mag.</source> <volume>37</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>106</fpage>&#x2013;<lpage>108</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/35.755459</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <source>Double-precision Lorenz-Mie Program for the Case of a Nonabsorbing Host Medium</source>. <comment>Available at <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.giss.nasa.gov/staff/mmishchenko/Lorenz-Mie.html">http://www.giss.nasa.gov/staff/mmishchenko/Lorenz-Mie.html</ext-link>
</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Travis</surname>
<given-names>L. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lacis</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <source>Scattering, Absorption and Emission of Light by Small Particles</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Scale Invariance Rule in Electromagnetic Scattering</article-title>. <source>J.&#x20;Quantitative Spectrosc. Radiative Transfer</source> <volume>101</volume>, <fpage>411</fpage>&#x2013;<lpage>415</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2006.02.047</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="book">
<collab>National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine</collab> (<year>2018</year>). <source>Thriving on Our Changing Planet: A Decadal Strategy for Earth Observation from Space</source>. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>: <publisher-name>The National Academies Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Seinfeld</surname>
<given-names>J.&#x20;H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pandis</surname>
<given-names>S. N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <source>Atmospheric Chemistry and Physics. From Air Pollution to Climate Change</source>. <publisher-loc>Hoboken</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stamnes</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hostetler</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ferrare</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Burton</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hair</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Simultaneous Polarimeter Retrievals of Microphysical Aerosol and Ocean Color Parameters from the "MAPP" Algorithm with Comparison to High-Spectral-Resolution Lidar Aerosol and Ocean Products</article-title>. <source>Appl. Opt.</source> <volume>57</volume>, <fpage>2394</fpage>&#x2013;<lpage>2413</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ao.57.002394</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thomalla</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quenzel</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1982</year>). <article-title>Information Content of Aerosol Optical Properties with Respect to Their Size Distribution</article-title>. <source>Appl. Opt.</source> <volume>21</volume>, <fpage>3170</fpage>&#x2013;<lpage>3177</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ao.21.003170</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Twomey</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1977</year>). <source>Introduction to the Mathematics of Inversion in Remote Sensing and Indirect Measurements</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Van de Hulst</surname>
<given-names>H. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1981</year>). <source>Light Scattering by Small Particles</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Dover</publisher-name>.</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>