Спектральное ослабление аэрозольно

Таким образом, выполненный количественный анализ указывает на необходимость учета в энергетическом ослаблении ИК-из-лучения всех структурных особенностей распределения аэрозольных частиц по размерам, включая фракции, остающиеся за пределами разрешающей способности обычных счетчиков частиц. Особенно значительных вариаций спектрального ослабления в зависимости от фракционного состава аэрозоля следует ожидать в области заметных полос поглощения частиц (3, 6 и 9 мкм). Этот факт иллюстрируется поведением Р (Я) (рис. 4.9а, б), из которого следует, что в центрах указанных полос поглощения значения (Х, 1,0 мкм) сравнимы, а иногда и превосходят вклад грубодисперсной фракции. Следует также подчеркнуть, что при разной запыленности атмосферы изменяется не только уровень, но и ход спектрального ослабления Р/(Я), что связано с различным химическим составом частиц, заданным в численном эксперименте. В натурных условиях это поведение может быть более сложным. [c.111]

Были продемонстрированы и другие условия, при которых могло наступить просветление аэрозольной толщи. Однако ни одно из этих условий не нарушило монотонной зависимости Рг( ). Интересно рассмотреть также, как проявляют себя отмеченные тенденции влияния влажности на параметры энергетического ослабления радиации в более широких спектральных интервалах, а также установить особенности трансформации других оптических характеристик. Экспериментальные исследования на этот счет недостаточны. Спектральные характеристики аэрозольного ослабления изучались в работах [2, 5, 18, 24], но в ограниченных масштабах изменения влажности. [c.126]

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.

Далее нужно отметить меньшую селективность аэрозольного ослабления по сравнению с молекулярным поглощением и рассеянием. Часто спектральный ход аэрозольной оптической толщи атмосферы по результатам статистических измерений описывают аналитически формулой Ангстрема [c.180]

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]

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]

Изложенные в главе методы аппроксимации спектрального хода аэрозольного коэффициента ослабления (рассеяния) могут быть использованы при решении разнообразных задач оптического зондирования атмосферы и прежде всего тех, которые основываются на явлении молекулярного поглощения. В частности, к ним можно отнести восстановление профилей концентрации озона по данным лазерного зондирования, когда в дифференциальной методике требуется корректно учесть влияние вклада аэрозольного и молекулярного рассеяния. В главе подробно излагается так называемая методика локального прогноза, развитая на основе качественных методов теории аппроксимации оптических характеристик светорассеяния в атмосфере. Кратко обсуждены математические аспекты, связанные с постановкой и решением обратных атмосферно-оптических задач, использующих явление поглощения газовыми составляющими. Физическое содержание этих задач и их практическую значимость можно найти в работах [8, 10, 11]. [c.225]

Исследуемое преобразование вполне устойчиво к вариациям показателя преломления тп. Причины подобной устойчивости операторов преобразования уже рассматривались ранее в п. 3.3. В расчетах предполагалось, что в исходной (модельной) характеристике показатель преломления не зависел от Я и составлял то=1,5—0,002 /. Конечно, при обработке экспериментального материала, полученного при оптическом зондировании атмосферных аэрозолей, необходимо учитывать наличие спектральной зависимости /По (Я) как слева, так и справа от границ интервала 0,35 0,60 мкм]. Для фоновых атмосферных аэрозолей соответствующая информация представлена обширными таблицами в монографической литературе (см., например, [4, 7]). Заметим, что экстраполяция спектрального хода аэрозольного коэффициента ослабления, в УФ-область важна в тех задачах, которые связаны с оценкой концентрации атмосферного озона из оптических измерений [5]. Методы прогноза аэрозольных характеристик светорассеяния в ИК-диапазон важны для повышения надежности в интерпретации данных термического зондирования атмосферы, особенно в полосе 4,3 мкм [28]. Используя развитые выше методы теории аппроксимации, можно решать и ряд других задач оптики и фи- зики атмосферы, в которых учет эффектов аэрозольного рассеяния оптического излучения играет важную роль. [c.234]

При условии выполнимости модель (2.6) обладает тем важным достоинством, что определяет, помимо микроструктуры, особенности спектрального поведения коэффициента аэрозольного ослабления в рамках известной формулы Ангстрема [40] [c.42]

Архив аэрозольных моделей. Наряду с поглощением газами при оценках энергетических потерь оптического излучения необходимо учитывать вклад аэрозольного ослабления. Коэффициенты аэрозольного ослабления существенно зависят от размеров, химического состава и концентрации частиц аэрозоля, которые характеризуются большой изменчивостью во времени и пространстве. Используемый в системе архив аэрозольных моделей содержит две дополняющие друг друга модели для спектрального диапазона высот от О до 30 км [20], вторая — от 30 до 100 км [30. [c.224]

Более полную информацию о качественном составе аэрозолей в различных образованиях несет спектральная зависимость коэффициентов аэрозольного ослабления. Поэтому в следующих параграфах при описании оптических свойств различных аэрозольных образований, спектральная зависимость коэффициентов ослабления, наряду с его величиной, рассматривается как один из основных отличительных признаков. [c.117]

Строгое решение задачи о размерах и составе рассеивающих частиц по данным о спектральной зависимости коэффициента аэрозольного ослабления связано с преодолением больших математических трудностей и получено только для отдельных частных случаев [13, 24. [c.117]

На рис. 4.11 приведены аэрозольные коэффициенты ослабления (кривые /, 2), полученные непосредственно в оптическом эксперименте, и результаты расчета к Х) (кривые 1а, 2а) по данным измерения сухой фракции аэрозоля [1]. Причем в микрофизических измерениях данные о частицах с радиусом а<0,3 мкм отсутствовали. Из рис. 4.11 видно, что оптические и микрофизические данные хорошо согласуются в спектральном диапазоне 2— 5 мкм. Заметное различие этих данных в области А. 2 мкм как раз и показывает, что в этом спектральном диапазоне основные [c.134]

Статистический прогноз оптических характеристик в широком спектральном интервале по измерениям оптических параметров для длин волн видимой области спектра был предложен в [32 на основе экспериментальных исследований коэффициентов аэрозольного ослабления в диапазоне А,=0,59-ь13 мкм. В предложенной методике связь между коэффициентом аэрозольного ослабления к(Х) и коэффициентом ослабления для А = 0,59 мкм задается в следующем виде [c.135]

Рис. 4.12. Спектральный ход коэффициентов аэрозольного ослабления в дымках прибрежного района для различных значений 5м.

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]

Прохождение солнечного излучения через земную атмосферу сопровождается молекулярным поглощением атмосферными газами, молекулярным рассеянием и рассеянием атмосферным аэрозолем (аэрозольным рассеянием). Роль этих физических явлений в ослаблении солнечного излучения в значительной степени зависит от спектрального диапазона и метеорологических условий, [c.176]

Вследствие сильной изменчивости концентрации и состава аэрозоля в атмосфере значение и спектральная зависимость коэффициентов аэрозольного ослабления оказываются довольно разнообразными и практически не прогнозируемыми. Тем не менее можно указать на ряд свойств и закономерностей, которые отражают либо типичные ситуации в земной атмосфере, либо интересные эпизодические. [c.179]

При интерпретации же спектральных оптических характеристик, какой, в частности, является объемный коэффициент аэрозольного ослабления зачастую используют параметрическую [c.34]

Метод оптических операторов, используемый выше при разработке теории оптического зондирования рассеивающей компоненты атмосферы, может играть роль эффективного аналитического аппарата при решении аппроксимационных задач, возникающих в практике атмосферно-оптических исследований. К подобным примерам можно, в частности, отнести задачу восстановления непрерывного хода аэрозольных характеристик светорассеяния Р(А,) по дискретным измерениям Ра(А./), =1, п), выполненных в пределах спектрального интервала Л. Следует заметить, что эта задача для атмосферной оптики имеет особое значение. Действительно, обратимся к определению спектрального хода коэффициента ослабления Ред (А/), осуществляемого с помощью фото- [c.225]

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]

Выполненные выше численные эксперименты (см., например, рис. 4.16) показывают хорошую физическую достоверность принятой модели минерального состава частиц (см. табл. 3.1) при оценках спектрального ослабления во влажной аэрозольной атмосфере. Современные результаты Фольца [60] и Паттерсона [44 позволили не только сократить известную неопределенность достоверного выбора мнимой части показателя преломления в видимом диапазоне волн, но и создать основу для статистической оценки возможных интервалов разброса величин х(А,) в инфракрасном интервале спектра для различных типовых форм природного аэрозоля (см. рис. 3.3). [c.144]

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 [20, 30] исследовалась прозрачность малого объема аэрозоля в поле мощного СОг-лазера на различных X, равных 10,6, 0,63, 0,44 мкм. Струя квазимонодисперсного аэрозоля с высокой концентрацией частиц (- 10 см ), получаемых с помощью ультразвукового генератора аэрозоля [30], подавалась в область фокусировки СОг-лазера. Энергия импульса составляла 5 Дж, общая длительность - 2,5 мкс. Длительность переднего фронта импульса равнялась 5 10- с. Максимальная интенсивность достигала 10 Вт см 2. Ширина струи аэрозоля не превышала области перетяжки каустики фокусирующей системы, чем обеспечивалась высокая степень однородности излучения в исследуемом аэрозоле. Временное разрешение каналов регистрации видимого излучения составляло 2 10 с, а инфракрасного — 3 10" с. Исследовался монодисперсный аэрозоль двух радиусов aoi = l,3 мкм и ао2 —2,7 мкм. Высокая начальная прозрачность для =10,6 мкм (7 10,6 0,8) обеспечивала квазиоднородность энергетических условий вдоль оси распространения и, таким образом, возможность извлечения из измерений прозрачности информации об эффективном спектральном коэффициенте ослабления малого аэрозольного объема сГ =— nTi/L, где Тх — спектральная прозрачность среды, L — линейный размер области в каустике, занятой аэрозолем. [c.123]

Методы спектральной прозрачности атмосферы применяют с оптическими схемами трассовых измерений в широком спектральном интервале. При контроле и мониторинге атмосферных аэрозолей природного и антропогенного происхождения результаты таких измерений обеспечивают качественно новые возможности анализа микрофизических и хршических характеристик наблюдаемого аэрозоля путем решения обратных задач (обращением измеренных коэффициентов аэрозольного ослабления). При контроле и мониторинге атмосферных газов удается на основании результатов измерений по методике дифференциального поглощения оценить содержание некоторых газов в атмосфере, не прибегая к спектрофотометрическим методам высокого разрешения. [c.619]

Р а X и м о в Р. Ф., Креков Г. М. Спектральное поведение коэффициента аэрозольного ослабления по данным модельных оценок.— В кн. Исследование атмосферного аэрозоля методами лазерного зондирования.— Новосибирск Наука, 1980, с. 216—235. [c.245]

Проблема видения (инструментальная или визуальная) удаленных объектов через атмосферу относится к числу тех, решение которых связано в основном с решением задач аэрозольного рассеяния. Именно аэрозольное ослабление яркости наблюдаемых объектов Воб является наиболее изменчивым фактором в земной атмосфере как вне полос молекулярного поглощения (в таких спектральных областях и проводятся обычно наблюдения), так и в областях спектра со слабым поглощением. Кроме того, при аэрозольном рассеянии формируется тот фон рассеянного излучения от объекта или других источников, на котором наблюдается объект. Яркость фона рассеянного излучения Вф также изменяется в широких пределах в зависимости от оптических свойств атмосферного аэрозоля. Естественно поэтому, что ярко-стный контраст (абсолютный АВ = Вф — Воб или относительный АВ1В) является не только искомым параметром в теории видения, но и измеряемым параметром в качестве объективного индикатора оптических свойств атмосферного аэрозоля. [c.153]

Характерным для ослабления солнечного излучения при отсутствии облаков является ограниченный диапазон значений для аэрозольной составляющей оптической толщины Та. На рис. 6.3, по данным Е. Е. Артемкина [2], приведены типичные гистограммы частоты повторения наблюдаемых значений Та в видимой области спектра для двух географических районов. Аналогичные результаты имеются в литературе и для других географических районов. При этом в видимой области спектра Та представляет собой основную изменчивую компоненту величины Т = Та + Тм+Тп (тм и Тп — компоненты, обусловленные молекулярным рассеянием и поглощением соответственно). Поэтому общее представление о свойствах и закономерностях изменения Та в земной атмосфере следует также из многочисленных наблюдений по астроклимату, одной из характеристик которого является спектральная прозрачность всей толщи атмосферы. [c.179]

Интерпретация эффекта Родионова обоснована Г. П. Гущиным [7] и рассматривается как частный случай эффектов многократ-ного рассеяния в атмосфере. Сущность этих эффектов состоит в том, что при больших зенитных расстояниях Солнца спектрофотометрические приборы с конечным углом зрения наряду с прямым излучением регистрируют многократно рассеянное излучение. Доля последнего зависит от оптической толщи атмосферы, которая в свою очередь увеличивается с уменьшением длины волны и увеличением зенитного расстояния Солнца. Подробный расчет в приближении двукратного рассеяния показывает [7], что учет многократного рассеяния объясняет все наблюдаемые типы спектрального хода прозрачности атмосферы даже без учета аэрозольного ослабления. Более того, разработанная в [7] модель эффектов многократного рассеяния позволила записать уточненную формулу закона Бугера для атмосферы, учитывающую спектральный поток рассеянного солнечного излучения, поступающего в измерительный прибор из его телесного угла зрения. Эта формула подобна уточненной формуле закона Бугера (2.22) для горизонтальных трасс. [c.181]

Исследования спектральной прозрачности атмосферы в широком спектральном диапазоне до настоящего времени используются как один из методов изучения физико-химических свойств атмосферного аэрозоля. Такие исследования представляют особый интерес для изучения роли аэрозольного ослабления в инфракрасной области спектра. Примеры спектральной зависимости оптических толщ атмосферы Та( ) в окнах прозрачности атмосферы в спектральном диапазоне 2—13 мкм, полученные с борта НИС Академик Курчатов и на Звенигородской научной базе Института физики атмосферы АН СССР [35], приведены на рис. 6.4. Максимум ослабления в области 3,16 мкм соответствует сильной полосе поглощения воды и льда. Возрастание ослабления в длинноволновом конце спектра (И —13 мкм) объясняется влиянием сильной полосы поглощения углекислого газа с центром около 15 мкм, которая вблизи центра (14—16 мкм) обусловливает полное поглощение солнечного излучения вертикальным столбом атмосферы. Анализ многих спектров, подобных рис. 6.4 и полученных при различных метеорологических условиях, приводит авторов [35] к выводу о том, что значительная часть вариаций т(Я) в ИК-областн спектра обусловлена именно аэрозольной компонентой. При этом вклад последней в ослабление излучения в окне 8—14 мкм сопоставим с вкладом водяного пара. [c.181]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...