Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
La = LT(PB/P0r, (2.10)
где Рн/Р0 — отношение давления на высоте Н к давлению на уровне моря; m = 0,5 для паров воды и m = 1,5 для углекислого газа.
В табл. 2.1 приведены рассчитанные значения поправочного коэффициента для различных Н.
В отличие от углекислого газа озон (Os) распределен в атмосфере очень неравномерно. В основном он образуется в верхних слоях атмосферы при фотохимической диссоциации молекул кислорода, когда атомарный кислород взаимодействует с молекулами кислорода. На небольших высотах содержание озона не превышает 10“®. С увеличением высоты эта величина плавно растет, достигая значения 10~6 на высоте 30 км. Аналогично СОа содержание озона выражают в сантиметрах на километр при нормальных давлении и температуре. Максимальное значение содержания озона наблюдается в диапазоне высот 10—30 км и может достигать 10~2 см/км.
Как поглотитель излучения озон характеризуется наличием полос поглощения в спектральных интервалах: 0,6; 4,63—4,95; 8,3—10,6; 12,1—16,4. На рис. 2.13 приведена кривая пропускания озона в спектральном интервале.
52
Рис. 2 13. Пропускание озона
Влияние озона на пропускание атмосферы необходимо учитывать в основном при определении характеристик трасс, проходящих в стратосфере.
Поток излучения в процессе распространения в атмосфере ослабляется не только за счет поглощения, но и за счет рассеивания на молекулах воздуха и на частицах различных примесей, всегда присутствующих в его составе. По своему составу эти примеси чрезвычайно разнообразны. В основном это пыль, дым, час-стицы растений, бактерии, капли воды, кристаллики льда, различные органические остатки, поднятые ветром с поверхности Земли.
Рассеяние молекулами, аэрозолями, туманом, дымкой и облаками можно объяснить с помощью теории рассеивания Ми, справедливой как для рассеивания на малых частицах, размер которых значительно меньше длины волны (релеевское рассеивание), так и для рассеивания на больших частицах, размер которых значительно больше длины волны. В общем случае ослабление пучка излучения за счет рассеивания можно выразить соотношением
/ = /0 exp (—fepLT), (2.11)
где /0 — сила излучения источника; kp — коэффициент ослабления рассеиванием — коэффициент рассеивания.
Экспоненциальный закон справедлив, строго говоря, так же как и в случае поглощения, только для монохроматического излучения, распространяющегося в макрооднородной среде. Однако коэффициент рассеивания в общем случае изменяется по спектру медленно, что позволяет использовать выражение (2.11) для расчетов ослабления излучения в конечных спектральных интервалах.
Когда диаметр рассеивающихся частиц меньше длины волны излучения (релеевское рассеивание), kp ~ X-4. В основном этот вид рассеивания существен в видимой и ближней инфракрасной области (К < 2 мкм). Голубой цвет неба является следствием большого количества рассеянного света в голубом конце видимого спектра. Красный цвет заходящего солнца, в видимом спектре которого за счет рассеивания ослаблена голубая часть, объясняется тем же.
Согласно теории Ми по мере приближения размера длины волны к размеру неоднородности функция рассеивания частиц значительно усложняется. В кривых рассеивания, построенных В функции от длины волны, часто наблюдаются многочисленные небольшие максимумы и минимумы. Однако в целом спектральная
Таблица 1.3
Международная шкала видимости
Балл Видимость Метеороло- гическая дальность видимости, км Условия наблюдений
0 1 2 Очень плохая 0,005 0,05—0,2 0,2—0,5 Очень сильный туман Сильный туман, очень густой снег Умеренный туман, сильный снег
3 4 Плохая 0,5—1 1—2 Слабый туман, умеренный снег нлн сильная дымка Умеренный снег, сильный дождь или умеренная дымка
5 6 Средняя 2—4 4—10 Слабый снег, сильный дождь нлн слабая дымка Умеренный дождь, очень слабый снег нлн слабая дымка
7 Хорошая 10—20 Без осадков, слабый дождь
8 Очень хорошая 20—50 Без осадков
9 Исключитель- ная 50 Совершенно чистый воздух
зависимость интенсивности излучения, рассеянного на частицах, сравнимых с длиной волны, весьма невелика по сравнению с законом К~* для меньших частиц.
Как правило, дымка состоит из частиц пыли, солей, органических остатков, бактерий, зачастую окруженных капельками воды. Размеры частиц дымки могут доходить до нескольких микрон и заноситься ветром на большие высоты. Многочисленные эксперименты и исследования показали, что коэффициент ослабления уменьшается по спектру в соответствии с к~0'7, что примерно согласуется с результатами расчетов с использованием теории рассеивания Ми. Обычно условия пропускания инфракрасного излучения намного лучше, чем видимого, и для А, 10 мкм рассеиванием на ней можно пренебречь.
Туман состоит из водяных капелек размером от нескольких микрон до нескольких сотен микрон. В ближней инфракрасной области рассеивание в тумане практически не зависит от длины волны. При плохой видимости переход от видимого к инфракрасному диапазону спектра не дает выигрыша в пропускании излучения. Для длины волны больше нескольких микрон ослабление излучения в тумане необходимо оценивать с учетом не только рассеивания, но и поглощения излучения на трассе.
