Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
На основе полученных результатов можно написать уравнения лучистого переноса, определяющие трансформацию излучения СВЧ-диа-пазона для различных моделей естественных осадков. Для этого меоб-
136
Теория рассеяния света
ходимо использовать соответствующим образом взвешенную функцию рассеяния и отношение смеси аэрозольной и молекулярной компонент. Аналогичная методика была описана выше для моделей дымки в видимой области спектра (разд. 4.3.1). Знание угловой зависимости рассеянного излучения и параметров поляризации, включая степень эллиптичности, особенно важно при интерпретации данных, получаемых при помощи так называемых двухпозиционных радиолокационных установок, в которых передатчик и приемник излучения разнесены в пространстве, причем расстояние между ними сравнимо с расстоянием до мишени, а угол рассеяния меньше 180°. В подобной ситуации большое значение имеет также ослабление испускаемого и отраженного радиолокационного импульсов на пути сквозь различные осадки и облачные образования. Аналогичные соображения следует иметь в виду при определении радиолокационного коэффициента и интерпретации спектра излучения Венеры в СВЧ-диапазоне, так как в ее атмосфере могут выпадать осадки из водяных облаков (разд. 4.4.1).
Многие интересные особенности параметров рассеяния в СВЧ-диапазоне, характерные для рассмотренных выше моделей, читатель может обнаружить сам, сравнивая эти модели с нашими предыдущими результатами [471 и соответствующими работами других авторов *).
4.3.4. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
После того как при помощи излучения импульсного лазерного источника были обнаружены высотные рассеивающие слои [901, широкое распространение получила новая методика дистанционного зондирования атмосферы. Применение этой методики открывает большие возможности для будущих исследований планетных атмосфер, особенно когда будут усовершенствованы многоканальные системы обнаружения и обеспечено их эффективное использование па космических кораблях и межпланетных станциях. Из дальнейшего изложения будет видно, что существующие методы лазерного зондирования сами по себе еще не могут обеспечить получения всех необходимых данных об атмосферных рассеивающих слоях. Поэтому при интерпретации результатов такого зондирования нужно использовать различные независимые критерии в сочетании с информацией, получаемой другими способами**'.
Обнаружение аэрозольных и других рассеивающих слоев, локализованных в молекулярной атмосфере, при помощи импульсов монохроматического излучения в видимой области спектра (оптический локатор) совершенно аналогично определению зон осадков путем измерения от-
*> См., например, Дж. Р. М е н ц е р, Дифракция и рассеяние радиоволн, перевод с английского, изд-во «Сон. радио», М., 1958.— Прим. перев.
*** По поводу работ советских авторов, относящихся к применению лазерного излучения в атмосферной оптике, см. упомянутые в предисловии монографии
В. Е. Зуева, а также книгу А. П. Иванова «Оптика рассеивающих сред» Изд-no АН БССР, Минск, 1968.— Прим. ред.
Г лава 4. Анализ и применение полученных результатов 137
раженного ими излучения СВЧ-диапазона. Соответствующая теория для лазерного излучения непосредственно следует из предыдущего раздела. Существенное различие здесь состоит в том, что при естественных условиях молекулы воздуха довольно сильно рассеивают назад, а аэрозольная компонента в основном вносит только небольшую добавку к отраженному сигналу. Наоборот, радиолокационное эхо от частиц осадков настолько велико по сравнению с радиолокационным сигналом, отраженным от молекул воздуха и даже от облачных частиц, что последним можно пренебречь.
Поскольку продолжительность импульса лазерной установки приблизительно равна 10"s сек, то геометрическая толщина зондируемого слоя может составлять десятки метров, т. е. его оптическая толщина пренебрежимо мала. Поэтому для определения интенсивности излучения, отраженного непосредственно от молекулярно-аэрозольного слоя, можно использовать уравнение (100), т. е.
/(Vc (Ц2)
где F — поток лазерного излучения, падающий па данный слой ослабленным после прохождения нижележащей атмосферы. Остальные величины, входящие в (112), относятся только к зондируемому слою. Разделяя релеевскую и аэрозольную компоненты согласно (102) и (106), после некоторых упрощений получаем для отношения 1/1\> следующую формулу:
- fffacPM(180°)
h ^асРр(180°) ^ L (113)
Здесь / — измеряемая интенсивность отраженного излучения, /Р — аналогичная величина для релеевской компоненты атмосферного слоя такой же толщины, по при отсутствии аэрозоля. Интенсивность /Р известна из теории. Ее можно рассчитать по стандартным данным о плотности воздуха на рассматриваемом уровне. Следовательно, принципиально возможно определить величину произведения (180е)
при помощи уравнения (113) и соответствующих измерений.
В действительности, даже если указанное выше произведение определено, значение отдельных его сомножителей найти невозможно (см. 1911). Этот вывод следует из рассмотрения полученных выше результатов для полидисперспого рассеивающего слоя. В этом случае произведение Р^с^м (180°) не определяет однозначно данного распределения по размерам и величины показателя преломления. Предположение о моподисперсности аэрозольного слоя не устраняет полностью этой трудности, поскольку остаются четыре неизвестных параметра, входящие в данное произведение, а именно: число частиц N в единице объема, размер г частиц, вещественная и мнимая части комплексного показателя преломления т. В частности, последние дне величины нельзя
