Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
Ярад (*) = (*. 18°0) ' ЯГ2Крас (*>
4f! (х, 180°)
рас W •
ЛЧм(*)==Ррас(^. Х)Рг(Х, 180°),
(111)
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов 133
Для данной длины волны и данного распределения п (х) величины в правой части (111) можно сразу получить из наших таблиц. Таким образом формула (111) определяет радиолокационный коэффициент рассеяния для N частиц, заключенных в единице объема и распределенных по размерам согласно функции п (г). Она эквивалентна радиолокационному коэффициенту рассеяния 0рад для отдельной частицы, обычно используемому в радиолокационной метеорологии.
к, см
Рис. 30. Спектральная зависимость интенсивности излучения, рассеянного назад, для четырех моделей естественных осадков (1000 частиц в 1 м3). Пунктирны» участок кривой, соответствующей модели града Н, получен путем графической экстраполяции. Кривая для модели дождя М взята из предыдущей работы автора [47|.
В данном случае очень хорошо применима теория однократного рассеяния. Интенсивность радиолокационного эха находится непосредственно из уравнения (100) при 0 ^ 180' и |^l| — 1, если учтены потери за счет ослабления излучения на прямом и обратном пути.
На рис. 30 в логарифмическом масштабе нанесены значения интенсивности рассеяния назад Ррас /\ (180')/4я в зависимости от длины
134
Теория рассеяния света
волны. Кривая для модели дождя М взята из предыдущей работы автора [47], которая не включена в настоящую монографию. Другие кривые построены на основе соответствующих числовых данных таблиц, приведенных в этой книге. Из рис. 30 видно, что если никакие побочные эффекты не принимаются во внимание, тогда при одинаковых интенсивностях падающего излучения радиолокационный коэффициент рассеяния имеет максимум вблизи Л—0,35 см (модель L, слабый дождь) и %— 0,60 см (модель М, более сильный дождь), т. е. оба максимума находятся в миллиметровом диапазоне. Вероятно, эти пики будут перемещаться в длинноволновую область спектра по мере увеличения фракции крупных частиц в более сильном дожде. Однако обе кривые имеют одинаковый наклон. При Я,>1 см разница между их значениями превышает порядок величины. Этот факт означает, что при помощи существующих метеорологических радиолокационных установок можно четко различать дожди разной интенсивности.
Для модели града Н зависимость от длины волны совсем другая. Во всем представленном диапазоне длин волн абсолютный максимум радиолокационной отражательной способности отсутствует. Наблюдается изменение кривизны и слабый относительный минимум кривой радиолокационного коэффициента рассеяния вблизи К---1 см. В случае отдельной диэлектрической частицы это является следствием хорошо выраженного минимума функции /(рад(х) при л:?к1,8 (рис. 9). Такое поведение кривой объясняется «узким» распределением по размерам, принятым для данной модели града, в которой модальный радиус вблизи %— 1 см почти совпадает со значением х в минимуме функции Л^рад. Сравнение графиков интенсивности для моделей града и дождя показывает, что при равенстве других характеристик метеорологическая радиолокационная установка, работающая в широком диапазоне длин волн, может отличить град от дождя в реальном облаке.
На рис. 30 представлена также кривая модели влажного града Н, построенная только по трем спектральным значениям интенсивности рассеяния назад. Они были получены при рассмотрении водяных сферических частиц, распределенных по размерам так же, как в модели града Н (табл. Т.96 и Т.97). Хотя свободно падающие водяные капли с диаметром около 1 см могут быть неустойчивы в атмосфере, их отражательная способность имеет такое же значение, как и ледяных сфер, покрытых пленкой воды. Сравнение кривых интенсивности для моделей влажного и сухого града показывает, что радиолокационный коэффициент рассеяния в первом случае больше на порядок величины (с максимумом около А-2 см). Следует отметить симметрию в угловом распределении излучения, рассеянного назад (табл. Т.96 и Т.97). Насколько нам известно, модель полидисперсного града прежде никогда не рассматривалась. Поэтому соответствующие интегральные характеристики рассеяния и поглощения, рассчитанные на основе точной теории Ми и приведенные в наших таблицах, являются новыми.
Наконец, на рис. 31 приведен ряд кривых зависимости коэффици-
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов
135
ента ослабления от длины волны в сантиметровом и миллиметровом диапазонах для всех облачных моделей. Эти кривые подтверждают результаты автора, полученные им раньше в том же спектральном диапазоне для водяных и кристаллических ледяных облаков [471. Можно сравнить кривые ослабления, представленные на рис. 31 и 29 для моделей дымки и облака в инфракрасной области спектра, при условии что отношение геометрического размера частицы к длине волны в обоих случаях одинаково. Заметные различия в форме и наклоне кривых в каждом случае можно отнести в основном к разной зависимости коэффициента преломления от длины волны.
Рис. 31. Спектральная зависимость объемного коэффициента ослабления для моделей осадков, указанных на рис. 30. Дополнительно включены две модели облака, взятые из предыдущей работы автора [471.
