Спектральное поглощение аэрозольное

Явления аэрозольного рассеяния и молекулярного поглощения играют определяющую роль в процессах взаимодействия оптических волн с атмосферой в интересующем нас диапазоне волн. В отличие от молекулярного поглощения аэрозольное рассеяние обладает существенно меньшей спектральной селективностью. Его пространственно-угловое распределение характеризуется анизотропией с максимумом в направлении распространения излучения. Анизотропия сильно возрастает по мере увеличения р. [c.8]

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]

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]

Сложный характер спектрального поведения коэффициентов оптического взаимодействия аэрозоля в областях расположения специфических полос поглощения минералов и солей, входящих в состав аэрозольных частиц, определяет более жесткие условия решения задачи прогноза спектрального пропускания атмосферы, особенно в инфракрасном диапазоне волн. Последние исследования убедительно показывают, что при этом нельзя игнорировать постоянные динамические превращения, которые испытывает аэрозоль под воздействием метеорологических факторов (в первую очередь влажности воздуха и ветрового режима). [c.5]

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]

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]

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]

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]

Прин ,и1п работы лидара на дифференциальном поглощении рассеянного излучения заключается в поглощении выбранного вида молекул атмосферы. При этом используется по крайней мере два лазерных пучка с различными длинами волн, которые последовательно или одновременно посылаются вдоль одной и той же трассы в атмосферу. Один лазерный пучок поглощается исследуемыми молекулами, в то время как другой с близкой длиной волны— поглощается не очень сильно. Поскольку пучки спектрально разделены небольшим промежутком длин волн, то сечения аэрозольного рассеяния можно считать практически одина1ковым и для обоих случаев. Различие в интенсивности рассеяния лучей в атмосфере обусловлено разницей в их поглощении исследуемыми молекулами [103, 104]. [c.128]

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]

Наибольшие трудности методологического характера при прогнозировании спектрального хода оптических постоянных аэрозоля как комплексного соединения связаны с учетом слабых полос поглощения различных минералов в видимой и ближней ИК-области спектра. Многие авторы либо пренебрегают поглощающим влиянием аэрозоля в указанных участках спектра, либо принимают величину мнимой части комплексного показателя преломления т = /г — X как некоторую малую константу, либо используют значения х(Х), заданные с большей погрешностью. В частности, в рекомендованной нами ранее синтетической модели аэрозольного вещества предложено принимать х = 0,005 в интервале 0,4 мкм Я 1,0 мкм. Одновременно некоторые компоненты аэрозольного вещества минерального происхождения, например гематит Рб20з, могут иметь достаточно сильные полосы поглощения со значениями 0,55 в видимой части спектра. [c.113]

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]

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]

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]

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]

И последнее, что следует заметить в заключение настоящей главы, связано с существенным увеличением информационных возможностей оптических многоканальных систем дистанционного зондирования атмосферы при надлежащей разработке методов численного решения обратных задач спектроскопии атмосферных газов. Общая методология построения соответствующей теории зондирования на основе явления молекулярного поглощения остается той же, что и при использовании явления рассеяния молекулярной и аэрозольной компонентами. Действительно, как показывает анализ в конце главы, существуют аналогичные функциональные связи между спектральным поведением характеристик молекулярного поглощения в различных частотных интервалах, и их можно представить с помощью аналогичных операторов восстановления и взаимного прогноза (операторов перехода). Таким образом, в рамках операторного подхода открывается перспектива построения единой физической и информационной теории оптического зондирования атмосферы в целях синхронного определения полей оптических характеристик, метеопараметров и микрофизических характеристик дисперсной компоненты. Подобная теория должна служить методологической основой создания многоканальных измерительных комплексов оптической аппаратуры в целях мониторинга окружающей среды. [c.273]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...