Источники и приёмники Излучения, страница 12

о При необходимости аналитиче- ского определения удобно выражение о 5000 5700 5800 500011,СМ ДЛЯ НаСЫ1ЦЕННОГО ЗиаЧЕННЯ 49,'г (СМ, КМ) на уровне моря Рнс. 2.3. Пропуеаание Н90 в нР11 Разин! ог 0 44)2+ 3 094. 10 Т + ных толщине слон осам!генной волг'1 ы (чч) я л ален"а Р 1 г) 5,10~Та -) 2 888.10-'"Т~ (чм рт. ст.). которое справедливо с погрешно. стью -4-1,6'е в интервале от 0 . ( Т, < 40'С. Умножая приведенное выше выражение на значение относительной влажности, получим значение ог . Как поглотитель оптического излучения водяной пар характеризуется наличием полос поглощения в областях длин волн: 0,498 — 0,5114; 0,542.-0,5478; 0,567 †,578; 0,586 †,606; 0,628 †,7304; 0,926— 0,978; 1,095 в 1,165; 1,319 †,948; 1,762 †,977; 2,520 †,845; 4,24 — 4,40; 5,25 — 7,50.

В пределах полосы поглощения коэффициент поглощения характеризуется большой неравномерностью (рис. 2.8- — 2.10). В отличие ог паров воды углекислый газ СО, распределяется в атмосфере более равномерно, его концентрация составляет 0,03— 0,04 8(г и не зависит от высоты. Над городами она может повышаться до 0.0569. В воздушных пространствах таких шгнродиых образований, кик лег.цыс масси- 08 вщ моря н океаны, про- 1:сходят неоольшие варнзшгн концентрации 00 СО„, г.инззнцые с измен. яин,гя температуры 0 г4г )(У = (3 —:4).10 4 1.ю ' рде Ь, — длина трассы, см.

Как поглотитель излучения углекислый газ характеризуется : 7(аличием полос поглощения в спектральных интервалах: 1,38— 1,5; 1,52 — 1,67; 1,92 — 2,1; 2,64 — 2,87; 4,63 — 4,95; 5,05 — 5,35; 12,6 — 16,4 мкм. На рис. 2.11 и 2.12 приведены две наиболее интенсивные полосы поглощения. 1, (,0 ' О,в (,0 о,в О,Ф ОБ 1 О,г 0,2 0 7250 7500 7550 744000,оаг' (,О ов , Рис. 2.10. Пропускание Н40 О,Б " В полосе)г = 3,6 мкм прн раз, Вичных толщине слоя оса- ОО Всденной воды е (мм) и дав- лении Р (мм рт.

ст.): ' г — О,О1З и ттаг г — О,тт а ЗОЗ 0 )700 )4400 )БОО УВОО 7000 У саг и условий освещения солнечным излучением. При расчетах , пропускания атмосферы, как правило, эти локальные и временные изменения содержания СО, в атмосфере не учитывают.

Исходной характеристикой при расчете пропускания служит концентрация углекислого газа (()гватмосфериых сантиметрах, показывающая длину пути в сантиметрах, на котором содержится то же число молекул газа, находящегося при ' атмосферном давлении, как в столбе произвольной длины и произ- вольного давления. Для горизонтальной трассы на уровне моря 61 66 Ргг ' '1 !!еегигнашге НтО е илге Х 77 мнм ггрн 0,7 рнзли ггггтх гол ег"»е слоя гиамаенг.оя вою,г и (мм) и анеле н: г Р (чч рт.

гт ); 1 — 9.91 . гагг г-.1,1 н 84 Рис. 2.!!. Пропускаиие С04 в полосе )Е = 2,7 мкм при различных концентрации Мт (атм. ем) н давлении Р (мм рт. ст.): г — О,ЗИ и МИ; г — О,З18 н 1Ю.8; — н 814; 4 — 8 Оз н Рис. 2.!2. Пропусканне С04 в полосе Х = 4,3 мкм при различных концентрации ят (атм, см) и цавленни Р (мм рт. ст.): à — О,О8З4 н Итд; г — О,З44 н 989; г — 0,344 н 898; 4 — 11,9 н 988 Поправив (Р4Рв)~ на высоту 0.3 0.6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 0,981 0,961 0,942 0,923 0,904 0.886 0,869 0,940 0,833 0,840 0,774 0,743 0,699 0,660 2,4 2,7 3,0 4,5 6,0 9,0 12,0 0,852 0,835 0.819 0,739 0,670 0,552 0,441 0.620 0.580 0,548 0,404 0,299 0,168 0,085 15,0 18.0 21,0 24,0 27,0 30,0 0.348 0,272 0,214 0,167 0,134 0,105 0,042 0,020 0,010 0,005 0,002 0,00! Поправку на изменение температуры и давления вводят переходом от истинного значения протяженности трассы Е, к эквивалентному значению 1 в соответствии с рв /273 1 1,3.760.10 а ~ Т I (2.9) где Р, — давление воздуха, Па; Тв — температура воздуха.

К. С уменьшением давления по мере повышения трассы полосы поглощения становятся уже и пропускание увеличивается. Для учета этого явления аналогично предыдущему случаю целесообразно перейти к эквивалентной длине трассы, но уже за счет изменения давления 1в = (-т(Рн/Ра) ° (2.10) где Р 7Ра — отношение давления на высоте Н к давлению на уровне моря; т = 0,5 для паров воды н тн = 1,5 для углекислого газа.

В табл. 2.1 приведены рассчитанные значения поправочного коэффициента для различных Н. В отличие от углекислого газа о з о н (Оа) 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 1О '. С увеличением высоты эта величина плавно растет, достигая значения 10 ' 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 н может достигать 1О в см/км. Как поглотитель излучения озон характеризуется наличием полос поглощения в спектральных интервалах: 0„6; 4,63 — 4,95; 6.3 — 10,6; 12,1 — 16,4. На рис. 2.13 приведена кривая пропускания озона в спектральном интервале.

52 Ю 7 Р !1 и ФЛ;мкм Рнс. 2 13. Пронуснаниа оаона Влияние озона на пропускание атмосферы необходимо учнты- :; вать 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 рассеива- '' ния на молекулах воздуха и на частицах различных примесей, ;., всегда присутствующих в его составе.

По своему составу эти при- ' меси чрезвычайно разнообразны. В основном это пыль, дым, час- ~ стицы растений, бактерии, капли воды, кристаллики льда, различ- . ные органические остатки, поднятые ветром с поверхности Земли. Рассеяние молекулами„ аэрозолями, туманом, дымкой и обла- ;: ками можно объяснить с помощью теории рассеивания Мц, спра- :ведливой как для рассеивания на малых частицах, размер которых ,,: значительно меньше длины волны (релеевское рассеивание), так ;, и для рассеивания на больших частицах, размер которых значи- ;:;. тельно больше длины волны. В общем случае ослабление пучка :, излучения за счет рассеивания можно выразить соотношением У = 1в ехр ( — й 5,), (2.1 !) : где Ув — сила излучения источника; йр — коэффициент ослабления ,;.; рассеиванием — коэффициент рассеивания, Экспоненциальный закон справедлив, строго говоря, так же "акак и в случае поглощения, только для монохроматического излу- .

чения, распространяющегося в макрооднородной среде. Однако ' коэффициент рассеивания в общем случае изменяется по спектру : медленно, что позволяет испольэовать выражение (2.11) для расче- ; тов ослабления излучения в конечных спектральных интервалах. Когда диаметр рассеивающихся частиц меньше длины волны ,::;:излучения (релеевское рассеивание), йр - Х а. В основном этот :авил рассеивания существен в видимой й ближней инфракрасной ... области (Х < 2 мкм). Голубой цвет неба является следствием боль- ::шого количества рассеянного света в голубом конце видимого :, спектра.

Красный цвет заходящего солнца, в видимом спектре ; которого за счет рассеивания ослаблена голубая часть, обьяс- ': няется тем же. Согласно теории Мц по мере приближения размера длины ':волны к размеру неоднородности функция рассеивания частиц :;значительно усложняется. В кривых рассеивания, построенных ,:~:Ь функции от длины волны, часто наблюдаются многочисленные а!небольшие максимумы и минимумы. Однако в целом спектральная 1 53 0Ч тоб. И гл тпб Чп г.г Зависимость показателя затухания от метеорологической дальности 1 в условиях тумана Зависимость показателя затухания от месеорологической дальности в условиях дымки и'. а,. мам км-' о„, ки-' бб ЩЗ Ч Х 0 7 0 9 09Ч,0 1 2 Ю Ч 09Ь,дл,лм Рнс. 2.!5.

Спектр молекулярного поглощения солне ~ного излучения в диапазоне длин ьолн рубинового лазера и соответствукзпсие значения температуры кристалла Высокая монохроматичность излучения позволяет использовать для расчетов закон Бугера — Беера Ф, .=- Фче ехр (- -сей,), где сс — показатель затухания, км '. Показатель затухания связан с метеорологиче- скими параметрами атмосферы, которые меняются во времени и пространстве. Обычно показатель затухания а определяют, учитывая его корреляцию с метеорологической дальностью види- мости 1. Для чистой атмосферы, когда ! > !О км, а,Х' = — '(Х/0,55)- л =- 0,585Рсз. з,з! 1 В условиях дымки и тумана показатель затухания определяется из табл.

2.3 и 2.4, где а, и ав — показатели затухания излучения с длиной волны 10,6 и 1,06 мкм соответственно, а со — волность в мг/мз. В случае дождя показатель аатухания ориентировочно рассчитывают по формуле сс = О 9/вгм дБ/кч где у — интенсивность дождя, мм/ч. Так как радиус рассеивающих частиц много больше длины волны, то показатель затухания не зависит от длины волны излучения. $2.3.

Пропускание атмосферы в спектральных интервалах В предыдущем параграфе остаточно подробно разобраны основ ные физические закономерности, определяющие спектральные коэффициенты поглощения атмосфеоы, и методы их расчета для конкретных условий. Может показаться, что эти же расчетные приемы пригодны и лля определения поглощения (пропускания) в относительно широких спектральных интервалах. Однако большая сложность спектральной характеристики пропускания атмосферы при непостоянстве ее компонент затрудняет интегральное осреднение пропускания в заданной волосе. Кроме того, ряд особенностей поглощения излучения в полосе делает этот метод ! расчета неприемлемым. По определению, поглощение излучения А— йто отношение поглощенного потока к падающему. Тогда и о г л о, щеиие в спектральном интервале Л). есть сумма поглощений отдельных линий, если их крылья не перекрываются, отнесенные к потоку в этом интервале.