Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
С созданием лазеров для исследования параметров эллиптичности появилась возможность использовать почти монохроматическое и полностью поляризованное излучение. Применение лазерной техники наиболее оправдано при анализе полидисперсных частиц Ми в лабораторных условиях. Интересной деталью, уже упоминавшейся в разд. 3.2.2,
*) В последнее время серия экспериментальных работ по измерению поляризации безоблачного неба выполнена сотрудниками Астрофизического института АН КазССР под руководством Г. Ш. Лившица. См. Г. Ш. Л и в ш и и, Рассеяние спета в атмосфере, изд-во «Наука», Алма-Ата, 1965; А. И. Иванов, Г. 111. Лившиц, В. Е. Павлов, Б. Т. Ташенов, Я- А. Тейфель, Рассеяние света в атмосфере, ч. II, изд-во «Наука», Алма-Ата, 1968.—Прим. ред.
Г'л а в"а 4. Анализ и применение полученных результатов 117
Рис. 25. Примеры факторов деполяризации D (Р) при различных углах рассеяния для двух моделей распределения металлических и диэлектрических частиц. На кривых указаны номера таблиц.
Т.1: т— 1,34 1 ,, Т.27: /п= 1,34 I
Т. 112: m -1,28—1,37 ij ДЬ1Мка М Т.120: т—1,28—1,37 i | дымка Н'
является эффект деполяризации, вызываемый неоднородностями в размерах частиц. Фактор деполяризации 0<^D (Я)< 1 можно определить в виде отношения
D(P) — pip2 — (pl + Р%) (ПО)
если использовать неравенство (69). Согласно данному определению, в идеальном случае полностью поляризованного монохроматического падающего излучения величина D (Р) указывает на уменьшение сте-
118
Теория рассеяния света
пени поляризации в строгом соответствии с определениями (61) и (62) частичной поляризации. В этом смысле фактор деполяризации D (Р) указывает также на степень некогерентности, обусловленную полидисперсностью рассеивающей системы, в случае когда хаотично распределенные во времени и пространстве частицы освещены непрерывным монохроматическим и когерентным потоком излучения. Поэтому фактор деполяризации (110) имеет определенное практическое значение в связи с использованием лазеров в лабораторных условиях.
Очевидно, что величина фактора деполяризации D (Р) зависит от природы частиц и от их распределения по размерам, а также от угла рассеяния 0. Рис. 25 иллюстрирует эту зависимость для двух моделей и двух типов частиц, представленных в табл. Т.1, Т.112, Т.27 и Т. 120. Водяные капли (кривые Т. 1 и Т.27) дают максимальную деполяризацию в области рассеяния назад. По-видимому, нет никакой зависимости между этими кривыми и свойствами поляризации частиц, освещенных неполяризованным светом. Кривые Т. 112 и Т. 120 для металлических сферических частиц дают максимальную деполяризацию в области рассеяния под малыми углами, т. е. точно в тех направлениях, для которых степень частичной линейной поляризации (Рх—Р^ЦР^Рг) имеет максимум. Интересно, что в этом случае большая деполяризация наблюдается для более узкого распределения частиц по размерам — модель Н (кривая Т. 120). Этот вывод прямо противоположен тому, который можно было бы ожидать.
Рассмотренные особенности указывают также, что предположение о ламбертовском отражении поверхностью Земли или других планет имеет сомнительную ценность, особенно при учете влияния отражения на поляризацию излучения, рассеянного вышележащей атмосферой. В действительности использование закона отражения Ламберта так, как это было сделано Чандрасекаром [40], подразумевает, что все падающее излучение является полностью деполяризованным [т. е. D(P)= 1] нри всех углах падения и отражения независимо от его первоначального состояния поляризации. Это предположение всегда упрощает решение соответствующего уравнения переноса для оптически тонкой атмосферы и для атмосферы умеренной оптической толщины. Оно имеет значение только грубого приближения для учета отражения от подстилающей поверхности с хаотически разбросанными неоднородностями. Если поверхность достаточно однородна и состоит из мелких твердых частиц или, например, из плотного слоя облачных капель, то при определении массы вышележащей молекулярной атмосферы этопредположение можетпривести кнеправильнойинтерпретации данных поляризационных измерений диффузно-отраженного излучения.
Другое важное применение полный набор параметров аэрозольного рассеяния находит в сумеречном методе атмосферного зондирования. Как указывал в своей превосходной монографии Розенберг [74], сумеречные условия чрезвычайно удобны для изучения верхних слоев
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов 119
атмосферы при помощи наземных, аэростатных и спутниковых фотометрических измерений. При анализе этих данных можно непосредственно использовать все параметры аэрозольных моделей, при условии что однократное рассеяние преобладает над многократным рассеянием. В этом отношении не составляют исключения серебристые облака, которые недавно стали объектом систематических наблюдений [76].
Наконец, необходимо еще упомянуть о возмущенных или аномальных оптических условиях, возникающих в безоблачные дни при больших вулканических извержениях или сильных лесных пожарах. Классическим примером является извержение вулкана Кракатау в 1883 г. Оптические эффекты, связанные с этим извержением и заметные на очень больших расстояниях, были прекрасно описаны спустя пять лет в отчете Королевского общества [77]. Огромное количество дыма образовалось при лесном пожаре, который возник в сентябре 1950 г. в провинции Альберта (Канада). Дым от этого пожара вызвал такие явления, как «синее» или «фиолетовое» Солнце. Эффект наблюдался над обширными территориями вплоть до Англии и Западной Европы [78, 791.
