Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 1 - Исимару А.
Скачать (прямая ссылка):
распространению волн через туман, облака и дымку имеется
X X
а 6
Рис. 3.8. Полное сечение р (р^, сечение обратного рассеяния р (р^, альбедо ((ал)/(°т)) и
шиРина пучка на уровне половинной мощности 0Р; а - дымка с содержанием воды 49
мкг/м3 и концентрацией 10 частиц/м3, б - град с содержанием воды 0,3 г/м3 и
концентрацией 10 частиц/м3 [42].
в работе [28]. Опубликован также ряд экспериментальных данных по
атмосферным аэрозолям и загрязнениям [27, 68, 96, 164].
3.2.3. Снег и град
Снег, вообще говоря, вызывает значительно меньшие потери, чем
вода такого же веса (рис. 3.5), так что затуханием волн диапазона СВЧ в
сухом снеге можно пренебречь. Однако в случае мокрого снега
затухание существенно возрастает. Известно, что ледяная сфера,
покрытая тонким слоем воды, имеет сечение рассеяния, сравнимое с
сечением рассеяния сферы, состоящей целиком из воды.
Некоторые типичные значения характеристик рассеяния и
поглощения для града с содержанием воды 0,3 г/м3 и концентрацией
частиц 10 м_3 приведены на рис. 3.8.
64
Глава 3
При длинах волн от 3 до 10 см можно использовать рэлеев- ские
формулы (3.7). При этом |Л(|2 = 0,197 для всех температур, a Im(^) = 9,6-
10~4 при 0°С, 3,2-10~4 при -10°С и 2,2-10~4 при -20°С [7].
3.3. Рассеяние света в морской воде (гидрооптика)
Рассеяние и поглощение света в морской воде вызывается как
собственно водой, так и взвешенными в ней частицами [76, 77].
(Имеется прекрасный обзор по распространению света в
Х.мкм
Рис. 3.9. Затухание света в чи- Рис. 3.10. Сечение рассеяния единичного
стой воде в зависимости от объема {1 (90°) при 6 = 90° для чистой во-
длины волны [77]. ды и чистой морской воды в зависимости
от длины волны.
морской воде [48].) Поглощение света голубой части спектра (>, = 0,4-
0,6 мкм) в чистой воде мало (0,01-0,05 м-1) и достигает минимального
значения при >, = 0,48 мкм (рис. 3.9). В чистой воде рассеяние света
обусловлено случайным движением молекул и описывается сечением
рассеяния единичного объема ') Р(0):
р (6) = р < I f (0, Т) |2) = р (90°) (I + cos2 6), (3.11)
*) В оптической океанографии для описания рассеяния обычно используют
следующие величины: коэффициент поглощения а = р (оа), коэффициент рассеяния b =
р (as) , коэффициент полного затухания с = а + Ь и сечение рассеяния единичного
объема 0(0) = р (|/(0, i) |2),
Характеристики дискретных рассеивателей
65
где 0 = arc cos (0, i). Это выражение применимо для неполяри- зованного
(естественного) света (рассеяние поляризованного света
рассматривается в работе [77]). Коэффициент рассеяния b определяется
выражением
b = р (as) - (1 бл/3) |3 (90°). (3.12)
Характерные значения сечения рассеяния единичного объема при 0 = 90°
в зависимости от длины волны показаны на рис. 3.10.
Частицы, взвешенные в морской воде, включают в себя:
а) желтое вещество (продукты гниения, возникающие в результате
разложения растений и веществ животного происхождения) с размером
частиц порядка микрометра или миллиметра и
б) дискретное вещество (неорганическое вещество, возникающее при
дренировании почвы и при выветривании, а также органическое
вещество - планктон и разрушенные клетки с размерами больше
нескольких микрометров).
Количество взвешенного вещества в океанической воде колеблется
от 0,04 до 18 мг/л. Распределение его по размерам существенно
сказывается на характеристиках рассеяния света. Вообще говоря,
размеры этих частиц заключены в интервале от 0,01 мкм до нескольких
сотен микрометров. Распределение частиц по размерам, по-видимому,
хорошо описывается законом Юнга
п(а) - Аа~а, (3.13)
где А и а - постоянные. Обычно а принимают значения между
Таблица
3.1
Типичные значения р <сц>, p<crs> и р<(Та> для взвешенных частиц в
океане [76] ')
Место
Длина волны,
мкм
Р <<^>, м-1
Р <°S>' M_1
Р <°а>' М_1
Карибское море
0,44
0,09
0,06
0,03
0,655
0,06
0,06
Океан у берегов Кали
0,522
0,08
0,01
0,07
форнии
Южная часть Балтийско
0,380
1,15
0,21
0,94
го моря
0,655
0,27
0,20
0,07
) Приведенные здесь значения описывают только влияние взвешенных частиц. Для
нахождения полного затухания к этим значениям необходимо добавить затухание в чистой
воде.
66
Глава 3
2,25 и 4,5. Показатель преломления, обусловленный наличием
различных взвешенных частиц, в
Угол рассеяния б град
1,02-1,25 раза больше пока-
зателя преломления мор-
ской воды [176] (см. ре-
зультаты измерений [26]).
Некоторые типичные зна-
чения р<(7<>, р < СГ s > И
р<0'д>
приведены в табл. 3.1 !).
На рис. 3.11 показана ти-
пичная индикатриса рассея-
ния <ad(0)>==<|/(0,i)|2>, нор-
мированная на (Тй(90°). На
рассеяние вперед сильно
влияют крупные частицы.
Поскольку распределение по
размерам крупных частиц
(10-100 мкм) зачастую не-
известно, расчет и измере-
ние индикатрисы рассеяния
вблизи 0 = 0 сталкивается
с трудностями. Однако
обычно большая часть из-
