ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


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]:

  • 0,95...1,05 мкм;
  • 1,15...1,35 мкм;
  • 1,5...1,8 мкм;
  • 2,1...2,4 мкм;
  • 3,3 ... 4,2 мкм;
  • 4,5...5,1 мкм;
  • 8...13 мкм.

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 ними була запропонована логарифмічна залежність

, %, (5.1)

де – водність (приведена товщина водяних пар у мм на 1 км відстані); , – сталі відповідної спектральної ділянки, знайдені Ельдером і Стронгом експериментально (таблиця 5.1)

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 (розрахункова висота 2–20 км)

, (5.2)

де – гранична абсолютна вологість біля поверхні Землі у г/см3 (табл. 5.2); Yn – відносна вологість повітря на відповідній висоті, %; – довжина траси, у км.

Для розрахунку вибіркового поглинання водяною парою, наприклад, у випадку розсіювання ІЧ випромінювання туманом на висотах > 2км Ельдером і Стронгом була запропонована емпірична формула [6]

. (5.3)

Таким чином, інтегральний коефіцієнт прозорості чистої вологої атмосфери може бути розрахований так

(5.4)

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 і довжиною хвилі діючого випромінювання :

в області коротких хвиль розсіювання залежить тільки від розміру частинок;

  • при розсіювання є максимальним. Вимірявши залежність коефіцієнта розсіювання від довжини хвилі , можна довжину хвилі максимального розсіювання вважати приблизно рівною радіусу переважної кількості розсіювачів;
  • при розсіювання починає зменшуватися. За умови починається область розсіювання, в якій працює закон Релея (розсіювання змінюється пропорційно ). При штучному тумані та серпанку (розмір розсіювачів ) ІЧ випромінювання із довжиною хвилі мкм поширюється на більш значну відстань у порівнянні з видимим світлом.

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 мкм (дощ, сніг, град та ін.) розсіювання короткого та середнього ІЧ випромінювання практично не залежить від довжини хвилі, а залежить тільки від розміру частинок, тому ІЧ випромінювання не має переваг відносно видимого.

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).

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти