![]() |
Вікна прозорості атмосфери Землі.
Земна атмосфера є середовищем, що складається з аерозольної суміші газів і водяної пари зі зваженими в ній частинками різних розмірів (частинки диму, земного та космічного пилу, органічні частинки і т.д.) Нижні шари атмосфери складаються з механічної суміші азоту (78%), кисню (21%) і ряду інших газів. З цих газів, на частку яких у повітрі приходиться близько 1%, на оптичні властивості атмосфери впливають вуглекислий газ та озон. Вміст CO2 у поверхневому шарі атмосфери (для висот порядку 20...25 км) є нерівномірним та коливається в межах 0,3…0,05%, а О3 – близько 10–5…10–3%. Концентрація водяної пари Н2О в атмосфері може бути від 10–3 до 4% і залежить від географічної широти, висоти над рівнем моря, часу, пори року і місцевих метеорологічних умов. Основна кількість водяної пари є зосередженою в нижньому шарі атмосфери (до 5 км) та різко зменшується з подальшим збільшенням висоти. Крім газів і водяної пари в нижніх шарах атмосфери постійно є пил, дим, мінеральні й органічні частинки, бактерії, краплі води і кристалики льоду. Ці частинки та домішки можуть бути центрами концентрації водяної пари, що приводить до утворення серпанку, туману, хмар і дощу. При проходженні інфрачервоного (ІЧ) випромінювання крізь атмосферу спостерігається вибіркове поглинання багатоатомними молекулами газів і водяною парою. Селективність поглинання пояснюється тим, що воно відбувається на тих хвилях, частота яких є резонансною для молекул атмосферних газів [20]. Найбільш інтенсивно ІЧ випромінювання поглинається парами води, вуглекислим газом та озоном. У поверхневому шарі атмосфери смуги поглинання водяної пари перекривають смуги поглинання інших газів. У ІЧ діапазоні виділяють такі основні смуги пропускання Dlі (вікна прозорості) [5]:
Відносна величина пропускання у вікнах прозорості не є однозначною для всіх умов, вона залежить від висоти над рівнем моря та вмісту в атмосфері водяної пари. Зі збільшенням висоти густина повітря та вміст у ньому водяної пари зменшуються, відповідно зростає прозорість атмосфери і збільшується ширина смуг пропускання. Т. Ельдером і Д. Стронгом був запропонований метод наближеного розрахунку прозорості атмосфери всередині спектральних смуг пропускання. Для розрахунку вибіркового поглинання всередині ділянки прозорості
де Таблиця 5.1 – Сталі Ельдера і Стронга [21] Для атмосфери, яка містить водяну пару, але є вільною від твердих частинок, дощу і туману, застосовується така формула для розрахунку
де Для розрахунку вибіркового поглинання водяною парою, наприклад, у випадку розсіювання ІЧ випромінювання туманом на висотах > 2км Ельдером і Стронгом була запропонована емпірична формула [6]
Таким чином, інтегральний коефіцієнт прозорості чистої вологої атмосфери може бути розрахований так
Таблиця 5.2 – Гранична абсолютна вологість на поверхні Землі [21] При значному замутненні атмосфери (дощі, тумани і т. д.) характер проходження ІЧ світла є більш складним. У приземних шарах атмосфери завжди знаходяться зважені тверді та рідкі частинки, що утворюють хмари, туман і атмосферні опади. На цих частинках відбувається аерозольне дифракційне та геометричне розсіювання. Встановлено, що характер та інтенсивність аерозольного розсіювання залежить від співвідношення між радіусом розсіювачів в області коротких хвиль
Для оцінювання ослаблення ІЧ світла хмарами вважають, що вони складаються переважно з крапельок радіусом 5...7 мкм. Середня відстань між краплями 1...1,5 мкм. Якщо радіус крапель стає більшим 60 мкм, вони випадають на землю у вигляді дощу. Для частинок з З підвищенням висоти над рівнем моря прозорість атмосфери для ІЧ випромінювання нелінійно зростає. Так, на висотах вище 9...10 км ІЧ випромінювання поширюється практично без втрат. Ідеальним середовищем для поширення світла є космічний простір (вакуум). |
|
|