Коэффициент рассеяния аэрозольный

Коэффициенты аэрозольного рассеяния, поглощения и ослабления. Для полидисперсной системы атмосферного аэрозоля величина коэффициентов рассеяния, поглощения и ослабления определяется функцией распределения геометрического сечения (а) и фактором эффективности /С(р, т). Если частицы аэрозоля имеют одинаковый состав (одинаковый комплексный показатель преломления т), то коэффициент аэрозольного ослабления [c.115]

Одна из важных закономерностей, которая следует из численных экспериментов, состоит в устойчивой функциональной связи наклона заднего фронта отраженного импульса с оптической плотностью аэрозольного образования. На рис. 5.9 приведены результаты расчетов зависимости формы отраженного импульса в туманах от плотности последних для лазерного локатора к= = 0,69 мкм, угол зрения приемника 3 ). Аппаратная функция локатора С (г) также приведена на рисунке. Как видно из 5.9, с увеличением коэффициента рассеяния локационный (отраженный) импульс сужается и наклон заднего фронта становится круче. Физический смысл этих результатов вполне понятен в предельном случае очень плотного тумана экспериментальные условия эквивалентны плоскому диффузному отражателю, форма локационного импульса от которого практически не искажается и будет совпадать с формой посылаемого импульса. [c.167]

Как показали измерения, значения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния менялись в пределах от 0,05 до 0,15 км в нижней тропосфере. Вся процедура измерения средних S z,y) в экспериментах занимала не более 30—45 мин (подробно методику эксперимента см. в [31]). [c.120]

При использовании спектральной измерительной аппаратуры дополнительная оптическая информация может быть получена за счет измерения аэрозольного коэффициента рассеяния В при- [c.140]

Вопросы, связанные с восстановлением спектрального хода аэрозольного коэффициента рассеяния (то же самое ослабления) по данным многочастотного лазерного зондирования, подробна рассматривались выше, и нет особой необходимости возвращаться к ним вновь в связи с оценкой ядра /((/,/i). Больший интерес, очевидно, представляет исследование нового преобразования, а именно jt->-Dii, где Оц= Du (Х/, ), =1,. . ., п). В вычислительных системах интерпретации оптической информации это преобразование будет осуществляться оператором Wd I- Как показывают численные исследования преобразования для углов рассеяния 0=45, 90 и 135°, представляющих наибольший интерес для схем касательного зондирования, оно мало чем отличается от преобразования jt- s , о котором уже подробно речь шла выше, в разделе 3.2.3. В этом нет ничего неожиданного, поскольку характеристики s X) и Dn(Xl o ) можно считать в аналитическом отношении достаточно близкими. Равноточные измерения компонент вектора jt на уровне ошибок в 10 % гарантируют оценку компонент вектора Оц в среднем на уровне 10—20 % для указанных выше углов рассеяния, что подтверждается расчетами, представленными в табл. 3.5. Так же как и в случае оператора W o,K y [c.213]

В табл. 3.5 представлены рассчитанные по формуле (3.7) значения коэффициента ц для типичных моделей функций распределения крупнокапельных аэрозольных образований. Как видно, значения параметра Ь1 существенно варьируют в зависимости от типа аэрозольной системы. Следовательно, оценка массовой концентрации аэрозоля (например, водности облаков) по коэффициенту рассеяния, если ничего неизвестно о параметрах микроструктуры, мо- [c.85]

Речь идет о комплексных исследованиях пограничного слоя атмосферы (ПСА) дистанционными методами, проведенных при использовании лидара комбинационного рассеяния, аэрозольного лидара, акустического локатора и самолета-лаборатории. В качестве конечного продукта исследований приводятся количественные данные о взаимосвязях вертикальных распределений температуры, влажности и аэрозоля, выраженных через коэффициенты авто- и взаимной корреляции указанных параметров. [c.103]

Рассеяние света в атмосфере зависит от распределений рассеивающих частиц по составу, размерам и форме, поэтому наблюдаемые свойства рассеяния являются чрезвычайно сложными. В большинстве случаев, однако, ситуация существенно" упрощается ввиду того, что доминирующим является какой-нибудь один класс аэрозольных частиц. Поэтому мы рассмотрим рассеяние света полидисперсным ансамблем однородных сферических частиц при падении на него линейно-поляризованной плоской волны с <р = я/4 (результаты применимы также и в случае неполяризованного света). Пусть N(a)da дает число диэлектрических сферических частиц с показателем преломления п, имеющих радиусы в интервале размеров (а, a + da), тогда объемные дифференциальные коэффициенты рассеяния РДЭ, п,Х) для длины волны к равны [c.65]

Знание оптических характеристик аэрозолей в поле мощных лазеров является основой для построения модели нелинейного распространения света через мутные среды. Коэффициенты аэрозольного ослабления, поглощения, рассеяния, индикатриса рассеяния, компоненты матрицы рассеяния, прозрачность при нелинейном взаимодействии излучения с аэрозольной средой становятся функциями вида ф(А., /, а, t), где а — параметр, характеризующий свойства аэрозоля (концентрацию, параметры функции распределения, комплексный показатель преломления). Вид этой зависимости, за исключением частных случаев, удается определить только из специально поставленных экспериментов. [c.121]

Так, при решении задач лазерного зондирования аэрозольной атмосферы важное значение приобретает прогноз коэффициентов направленного рассеяния [c.17]

В задачах оптического зондирования атмосферы информативность того или иного интервала размеров частиц определяется тем, сколь существенно проявляет себя в поведении Р(А,) функция распределения геометрических сечений частиц 8 г). Как показывает численный анализ, в спектральном интервале 0,53—1,06 мкм аэрозольный коэффициент обратного рассеяния Рл(А,) (а также полидисперсный фактор Кл )) обычно является монотонно убывающей функцией X практически независимо от типа унимодального распределения. Соответствующие примеры представлены на рис. 4.10. [c.111]

Рис. 4.16. Зависимость спектрального поведения аэрозольных коэффициентов ослабления (а), рассеяния (б), поглощения (б) и обратного рассеяния (г) приземного слоя атмосферы от д и К.

Другой достаточно очевидный вывод, уже отмечавшийся в п. 4.3, состоит в том, что характеристики локационного рассеяния более чувствительны к вариациям микрофизических характеристик, чем интегральные коэффициенты взаимодействия. Это в определенной степени осложняет задачу количественной интерпретации данных лазерного зондирования, но сохраняет перспективы более информативной постановки обратных задач аэрозольного рассеяния. [c.133]

Построение корректной оптической модели аэрозоля, под которой мы будем понимать упорядоченный по высоте и спектру частот (длин волн) числовой массив объемных коэффициентов взаимодействия компонент матрицы рассеяния, невозможно осуществить без достоверной количественной информации о микрофизических свойствах ансамбля аэрозольных частиц, статистически обоснованного для заданной геофизической ситуации. Основу такой информации должны составлять экспериментальные измерения и полученные на их основе математические модели концентрации и функции распределения аэрозольных частиц по размерам, формы частиц и их химического состава. [c.134]

Коэффициенты поглощения Рс и рассеяния Ре аэрозольных моделей для единичной концентрации [c.137]

Из теории переноса оптического излучения в дисперсных средах следует, что основными характеристиками, определяющими закономерности переноса энергетических и пространственно-временных параметров оптических волн, являются объемные коэффициенты аэрозольного рассеяния, поглощения или ослабления и компоненты матрицы рассеяния или комбинации этих компонент например, степень поляризации, эллиптичность поляризации). [c.115]

Большие вариации наблюдаются и для спектрального хода коэффициентов аэрозольного рассеяния, который из-за малого модального радиуса частиц в некоторых моделях [42] считается близким к пропорциональности Однако из некоторых ре- [c.145]

Среди многочисленных исследований по энергетическому ослаблению в атмосферном аэрозоле можно выделить два основных направления. Первое связано с исследованиями спектральной зависимости прозрачности атмосферы. При этих исследованиях, относящихся, как правило, к слабо замутненной атмосфере, результатом являются количественные данные о величинах спек тральной прозрачности аэрозольных образований или коэффициентов аэрозольного ослабления (рассеяния, поглощения). Последние при известной аэрозольной составляющей прозрачности атмосферы Га определяются простым логарифмированием величины Га = ехр(—кЬ), где L — длина трассы. Основная трудность при экспериментальных исследованиях в реальной атмосфере здесь состоит в разделении составляющих прозрачности атмосферы за счет аэрозольного ослабления и одновременно действующего молекулярного поглощения. Данный вопрос обсуждался в монографии [8]. В целом результаты исследований этого направления составляют важный раздел оптических свойств атмосферного аэрозоля и рассмотрены нами в гл. 4. [c.148]

В работе [33] предложена замкнутая оптическая схема безоблачной атмосферы, для которой исходными характеристиками являются горизонтальная метеорологическая дальность видимости 5м на уровне земной поверхности и спектральная оптическая толща атмосферы то( ) в зените. Все остальные необходимые для расчета оптические характеристики определяются через исходные. Предполагается, что коэффициенты аэрозольного и рэлеевского рассеяния уменьшаются с высотой экспоненциально. Для всей атмосферы выбираются средние индикатрисы аэрозольного рассеяния на основании экспериментальных данных. В ка- [c.202]

Следует заметить,-что введение операторов, связывающих, в частности, спектральный ход аэрозольного коэффициента обратного рассеяния с ходом коэффициента ослабления, можно рассматривать как способ априорного доопределения указанной [c.87]

Разнообразие химического состава вещества аэрозольных частиц различной природы определяют широкий диапазон значений комплексного показателя преломления. Обсуждение этого диапазона и более подробные данные приведены при описании различного типа аэрозольных образований в [5]. Здесь только отметим, что ошибки в определении коэффициентов рассеяния и поглощения, а также угловых и поляризационных свойств рассеянного излучения могут достигать сотен процентов из-за неправильного задания химического состава и соответственно оптических постоянных аэрозоля. Поэтому классификация атмосферного аэрозоля по химическому составу часто используется и при оптических исследованиях. По признаку именно химического состава нринято выделять водный и морской аэрозоль (частицы — водные растворы), дымовой аэрозоль (частицы — продукты сгорания), пылевой аэрозоль, органический аэрозоль, вулканический аэрозоль, фотохимический аэрозоль и многие другие. Однако следует учитывать, что в реальной атмосфере присутствуют одновременно аэрозольные частицы различного химического состава и с различным вкладом в оптические свойства. [c.88]

В первой главе изложена теория обратных задач светорассея ния полидисперсными системами частиц. Как известно, атмосфер ные аэрозоли играют существенную роль в физических и химиче ских процессах, происходящих в атмосфере, а также в значительной степени обусловливают пространственно-временную изменчивость ее оптических характеристик. Помимо этого, явление аэрозольного светорассеяния широко используется в дифференциальных методиках зондирования газовых компонент атмосферы на основе эффектов молекулярного поглощения. Здесь аэрозоли играют роль диффузно-распределенного трассера. Решение обратных задач молекулярного рассеяния не вызывает особых затруднений, чего уже нельзя сказать о рассеянии на аэрозолях. Сложный характер взаимодействия оптического излучения с аэрозольными системами делает задачу интерпретации соответствующих оптических данных весьма затруднительной. Обратные задачи оптики дисперсных рассеивающих сред следует рассматривать как особый класс обратных задач оптики атмосферы. Соответствующую теорию вычислительных методов удобно строить на основе так называемых оптических операторов теории светорассеяния полидисперсными системами частиц. Оптические операторы осуществляют взаимные преобразования одних оптических характеристик светорассеяния локальными объемами дисперсных сред в другие. Так, с помощью соответствующего оператора, зная спектральный ход аэрозольного коэффициента ослабления, можно-прогнозировать спектральный ход коэффициента рассеяния, либО обратного рассеяния и т. п. Для построения указанного оператора требуется знание показателя преломления аэрозольного вещества и морфологии частиц. Ниже в основном будет использоваться предположение о сферичности частиц рассеивающей среды. Операторный подход весьма просто распространяется на молекулярное рассеяние, что позволяет в рамках единого методологического подхода построить теорию оптического зондирования рассеивающей компоненты атмосферы. [c.8]

В практике атмосферно-оптических исследований часто возникает необходимость в применении численных методов интерполяции и экстраполяции спектральных и угловых характеристик светорассеяния. Например, это имеет место в задачах разделения спектрального хода молекулярных и аэрозольных коэффициентов ослабления в атмосфере по данным спектральной прозрачности. В случаях, когда требуется дать корректную оценку величины молекулярного поглощения при наличии в соответствующих экспериментальных данных значительного фона рассеяния и т. п. Разработка эффективных методов экстраполяции спектральных характеристик позволит, в частности, прогнозировать значения аэрозольных коэффициентов рассеяния и ослабления в ИК- и УФ-областях, где их непосредственное измерение затруднено из-за преобладания молекулярного поглощения. Исходные оптические данные для подобной экстраполяции можно получить в видимом диапазоне, где имеется достаточно окон прозрачности . Излагаемая ниже теория аппроксимации аэрозольных спектральных характеристик светорассеяния основана на их аналитическом представлении параметрическими интегралами и регуляризирующих алгоритмах численного обращения последних. То, как технически реализуется этот метод аппроксимации, уже говорилось выше, при обсуждении возможных применений операторов восстановления, в первой главе. [c.224]

Как известно, поглощение оптического излучения определяется значением мнимой части показателя преломления аэрозольного вещества х. При хр < 0,1 поглощение света веществом прозрачной частицы практически не влияет на коэффициент рассеяния, а суммарный коэффициент ослабления пропорционален х, причем коэффициент пропорциональности зависит от р = 2яаД. Поэтому поглощение излучения оптического диапазона длин волн от 0,3 до 13 мкм конденсированной водой существенно только в облаках и крупнокапельных туманах. В дымках и туманных дымках, где в коротковолновой области спектра р < 15 (Х = 0,3... 4 мкм) и в длинноволновой р < 1 к 8 мкм) поглощение зависит, прежде всего, от концентрации твердых частиц, обладающих весьма сильными полосами молекулярного поглощения [14]. [c.31]

Наиболее широко используемой к настоящему времени является модель Макклатчи [51], содержащая сведения об аэрозольных и молекулярных коэффициентах рассеяния и поглощения для достаточно обширного набора длин волн лазерного излучения от 0,3371 до 337 мкм и пяти сезонных и широтных зон тропической, летней и зимней среднеширотной, летней и зимней арктической. Сетка высот изменяется от 1 км в диапазоне 0... 25 км до 5 км для высот 25.. . 50 км. Вся информация в ней приводится для двух случаев, когда метеорологическая дальность видимости у поверхности Земли составляет 5 и 23 км. Функция [c.37]

В томе 2 Оптические модели атмосферы подведены основные итоги многолетних исследований авторов по разработке аэрозольных моделей на основе оригинального подхода к проблеме. Главная идея этого подхода состоит, во-первых, в обстоятельном анализе наиболее представительных серий измерений микрофизи-ческих параметров аэрозолей (концентрация, спектры размеров, комплексный показатель преломления частиц), выполненных как сотрудниками Института оптики атмосферы СО АН СССР, так и другими исследователями с целью разработки статистических микрофизических аэрозольных моделей во-вторых, в создании на основе последних с использованием теории Ми соответствующих оптических аэрозольных моделей и сравнении их с данными не-лосредственных измерений оптических характеристик аэрозолей (коэффициенты ослабления, рассеяния, индикатрисы рассеяния и другие компоненты матрицы рассеяния). Таким образом, созданные авторами и описанные в этой монографии аэрозольные модели построены без использования каких-либо априорных предположений и, следовательно, являются реалистическими, а не оценочными. [c.6]

Чтобы получить фактическое распределеь1ие размеров частиц по высоте, достаточно умножить значение функции f(r) на соответствующее значение N (к) из табл. 5.2. То же самое справедливо и для любого прогнозируемого оптического параметра достаточно рассчитать его для единичной концентрации частиц N=1 см 3 и затем произвести соответствующую коррекцию для требуемой высоты. В табл. 5.3 приведены значения коэффициентов аэрозольного поглощения и рассеяния, нормированные на единичную концентрацию [42]. [c.138]

Оптическая модель Шеттла и Фенна нашла практическое отражение в пакете прикладных программ Ь0ШТКА1Ч-5 [41], а также включена в состав предварительной модели безоблачной атмосферы на основании решения рабочей группы экспертов по проблеме Аэрозоли и их климатические воздействия [30]. В своей первооснове модель [53] содержит материал по спектральному поведению коэффициентов взаимодействия, индикатрисы рассеяния и степени поляризации в диапазоне волн Л = 0,2- 40,0 мкм. К числу ее недостатков следует отнести достаточно произвольный выбор параметров распределения аэрозольных частиц по размерам и относительный характер параметров спектрального ослабления и рассеяния, следующий из первого обстоятельства. [c.139]

Обратимся к результатам модельных оценок. Особенности математического аппарата, лежащего в основе расчетных программ для ЭВМ указывались в п. 1.2 и 4.2. Алгоритм расчета оптических параметров для однородных полидисперсных сфер внедрен в Государственный фонд алгоритмов и программ [19]. В табл. 5.4 сгруппированы оптические характеристики, определяющие энергетику монохроматического лазерного излучения при распространении в аэрозольной атмосфере и оптико-локационные характеристики аэрозоля, необходимые для оценки потенциальных возможностей лазерных локаторов или фонов обратного рассеяния в оптических системах связи. В табл. 5.4 приведены статистические модели вертикального профиля объемных коэффициентов ослабления ( i), поглощения ( ) и обратного рассеяния ( . ) для фоновой модели глоба ьного аэрозоля, а также указаны соответствующие среднеквадратичные отклонения ( 6 ), возникающие за счет вариации профиля N[h) в соответствии с масштабом 6Л (Л). Результаты приведены для наиболее употребительных длин волн лазерного зондирования i=0,53 0,6943 1,06 и 10,6 мкм. [c.144]

Известны многочисленные попытки на основании статистического экспериментального материала для индикатрис рассеяния в атмосферных дымках выделить отдельные подтипы этого аэрозольного образования. Примером могут служить подробные экспериментальные исследования индикатрис рассеяния видимого излучения в приземном слое атмосферы в различных географических районах, приведенные О. Д. Бартеневой [2] и позволившие осу-ш,ествить классификацию индикатрис рассеяния с использованием коэффициента асимметрии, оценить влияние относительной влажности воздуха на изменения формы индикатрисы. В работе [38 проведено сравнение усредненных значений индикатрис рассеяния со средними значениями метеорологической дальности видимости Sm. Эти первые статистически обеспеченные экспериментальные наблюдения угловых характеристик выявили фундаментальные черты их изменчивости и установили характерные различия между отдельными классами угловых характеристик. [c.120]

Стратосферой называется та область атмосферы, которая расположена между тропопаузой (высота 10—12 км) и стратопаузой (высота около 50 км). Присутствие аэрозоля в стратосферном слое атмосферы было замечено по наблюдениям сумеречных явлений уже много столетий назад. Но только во второй половине нашего столетия с применением для исследований баллонов, ракет и ИСЗ складывается достоверная картина распределения и изменчивости стратосферного аэрозоля, в том числе об обнаруженном в 1961 г. Юнге аэрозольном слое на высоте около 20 км. Коэффициент замутненности 5 (отношение коэффициентов аэрозольного рассеяния и рэлеевского) в слое Юнге достигает 1, а в более высоких слоях этот коэффициент снижается до 0,1—0,2. Лишь на высоте около 50 км наблюдается еще один максимум коэффициента замутненности, значения которого могут изменяться в пять раз. Эпизодически наблюдаются так называемые перламутровые облака — аэрозольные образования на высоте 25—30 км с концентрацией несколько ледяных частиц в см [17, 22, 31. [c.139]

По химическому составу частицы представляют собой в основном хондриты или углистые хондриты. Отношение коэффициентов аэрозольного и рэлеевского рассеяния (коэффициент замутненности) в верхней атмосфере достигает достаточно больших значений. Для иллюстрации на рис. 4.16 приведен высотный ход коэффициента замутненности атмосферы 5(г), полученный на основании обобщения большого количества данных сумеречных, ракетных и спутниковых наблюдений [23]. Как видно из рисунка, если исключить слои повышенной замутненности (50 и 80 км), то фоновая замут-ненность постепенно возрастает с высотой от 0,4 до 0,8 (для указанных высот среднее значение 5=0,6). К обобщениям типа, представленного на рис. 4.16, следует относиться с известной осторожностью. Это связано как с большими ошибками исходных данных и их [c.145]

В заключительной главе монографии излагается теория аппроксимации оптических характеристик рассеивающей компоненты атмосферы. Типичной задачей, которая решается в рамках этой теории, является восстановление непрерывного спектрального хода любой из характеристик светорассеяния по дискретному набору приближенных измерений. В атмосферно-оптических исследованиях выбор этих измерений увязывается с так называемыми окнами прозрачности. Изложенный в главе метод решения ап-проксимационных задач (метод обратной задачи) позволяет одновременно осуществлять интерполяцию и экстраполяцию характеристик в спектральные интервалы, где их непосредственное измерение недоступно из-за сильного молекулярного поглощения либо в силу каких-то иных причин. В последнем случае типичным примером является прогноз аэрозольных характеристик рассеяния в ближние УФ- и ИК-области по измерениям в видимом диапазоне. Методы аппроксимации в полной мере применимы и для угловых характеристик. Иллюстрацией этого служат примеры восстановления непрерывного углового хода аэрозольных индикатрис рассеяния по некоторым опорным ее измерениям в центральной области углов. При этом оказывается возможной оценка значений индикатрисы (то же самое коэффициента направленного светорассеяния) для таких важных направлений, как рассеяние строго вперед или назад. [c.11]

На рис. . а представлен спектральный ход аэрозольного коэффициента обратного рассеяния Рл(А.) для слоя Д(г) = 1,5 км, находящегося на высоте г=13,5 км. Измерения осуществлялись с помощью трехчастотного лидара на длинах волн 0,53 0,69 1,06 мкм. Пример заимствован из работы [36], где дан подробный анализ методик интерпретации оптических данных, получаемых [c.60]

Решением любой из построенных выше систем уравнений являются высотные профили коэффициента обратного рассеяния Ря(г, >.), ослабления Рех( ,Х) и функций плотности 5(г, >.), харак-теризуюш,их микроструктуру зондируемого аэрозольного образования. С точки зрения контроля оптического состояния атмосферы наибольший интерес, очевидно, представляет определение профилей оптической характеристики Рех г, %). Использование в вычислительных схемах обраш,ения локационных данных оптических операторов типа W позволяет одновременно решать и экстраполяционные задачи, т. е. эффективно решать зада и аналитического продолжения спектрального хода Рех г, X) вправо и влево от границ интервала оптического зондирования Л= [>.тт, >-тах]. Одновременно с этим при известных значениях вещественной т и мнимой т" частей комплексного показателя преломления т можно оценить Рс5(г, >.) и профиль отношения Р с/Рех, характеризующего [c.92]

Что же касается разработки технических средств, то их обстоятельный обзор можно найти в работе [7, 8]. Ниже приводятся основные технические характеристики двух многочастотных лидаров, созданных в Институте физики АН БССР с использованием ОКГ на красителях (табл. 2.1). Подобные лидары позволяют измерять спектральный ход аэрозольного коэффициента обратного рассеяния в приземном слое атмосферы в пределах видимой и ближней ИК областей. На рис. 2.1 приведено несколько реализаций характеристики Ря( ) для атмосферной дымки по данным работы [9]. На рис. 2.2 даны результаты обращения одной из них. Спектральный ход Ря( ) измерялся на пяти длинах волн 0,44 [c.96]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...