Оптические свойства атмосферного аэрозоля

Учитывая то, что многие аспекты оптических свойств атмосферного аэрозоля и их связи с метеорологическими параметрами атмосферы изложены в томах 1—3 Современные проблемы атмосферной оптики , во второй части данной монографии в основном анализируются пространственно-временные вариации оптических или микрофизических характеристик. Исследования в этом направлении, имеющие конечной целью не только диагностику, но и прогноз оптического состояния атмосферы, еще далеки от завершения и, следовательно, представляют наибольший интерес для научных работников. [c.5]

Другой важный механизм трансформации размера аэрозольных частиц — процесс конденсации водяных паров. Изменение относительной влажности воздуха приводит к увеличению или уменьшению размеров аэрозольных частиц, к изменению комплексного показателя преломления вещества частицы и, следовательно, во многом обусловливает изменчивость оптических свойств атмосферного аэрозоля. Природа образования аэрозольных частиц пред- [c.106]

Главная особенность промышленного аэрозоля состоит в специфике его пространственного распределения. Несмотря на локальный характер промышленных выбросов влияние их на окружающую среду в последние десятилетия становится важной проблемой планетарного масштаба. Поэтому вопросы распространения промышленного аэрозоля оказываются первостепенными с точки зрения и охраны окружающей среды, и здоровья человека. Эти вопросы являются важными и для оптики атмосферного аэрозоля. Дело в том, что присутствие промышленного аэрозоля играет заметную (а в районах выброса — определяющую) роль в оптических свойствах атмосферного аэрозоля в целом, а распространение промышленного аэрозоля определяет временную и пространственную изменчивость оптических характеристик вблизи промышленных районов. В решении вопросов распростра- [c.111]

ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ [c.114]

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]

Разнообразие частиц, присутствующих в земной атмосфере, их чрезвычайная изменчивость, обусловленная сложным комплексом метеорологических, синоптических и географических факторов, огромное число физико-химических процессов образования частиц и их трансформации определяют сложность задачи всестороннего описания свойств атмосферного аэрозоля. Нас далее будет интересовать лишь описание основных свойств атмосферных частиц, представляющих интерес с точки зрения их рассеивающих способностей в оптическом диапазоне длин волн. С учетом такой задачи в предлагаемой главе изложены основные механизмы образования и трансформации, источники и стоки частиц, основные типы и состав атмосферного аэрозоля. [c.87]

Как уже говорилось, наиболее важным примером протяженной случайной неоднородной среды является земная атмосфера, которой в течение столетий ограничивались четкость картины неба, наблюдаемой человеком. Наш анализ направлен с самого начала на этот конкретный пример. Как уже подчеркивалось, в этой главе наше внимание будет ограничено плавными и малыми флуктуациями показателя преломления чистого воздуха вокруг нас. Мы исключаем из рассмотрения влияние на оптические явления пыли и аэрозолей, которое требует изучения явлений многократного рассеяния (см., например, [8.4], т. 2). Мы ограничим также наше внимание оптическими свойствами в соответствующем спектральном окне атмосферы (таком, как видимая область спектра), в котором атмосферное поглощение пренебрежимо мало. (Подробно об атмосферном поглощении см. книгу [8.5], гл. 5.) [c.363]

Вопросы адекватности модельных оценок реальным свойствам изучаемого объекта играют определяющую роль в задачах численного моделирования. Несмотря на то, что в данном рассмотрении модельные расчеты оптических параметров проведены на базе реально измеренных функций микрофизического состояния атмосферного аэрозоля, комплекс возможных аппаратурных и методологических погрешностей, отмеченных ранее, способен исказить физическую достоверность результатов. Кроме того, стохастическая природа изучаемого объекта требует оценить место прогнозируемой модели в существующем массиве реально измеренных характеристик подобного содержания. Следовательно, одним из важных критериев правдоподобия установленных численных моделей высотной стратификации оптических свойств аэрозоля [c.167]

Иначе сказывается влияние переменного и постоянного электрического поля на рассеяние оптических волн несферическими или неоднородными частицами. Если частицы имеют неправильную форму, то при наличии электрического поля они могут приобрести или изменить направленную ориентацию и следовательно, изменить рассеивающие свойства такой системы. Именно этот механизм влияния электрического поля на рассеивающие свойства мутных сред получил в последние годы наиболее широкое использование в электрооптических методах измерения различных параметров частиц, в том числе и для атмосферного аэрозоля [20]. [c.170]

Рассмотренный электрооптический эффект, связанный с воздействием электрического поля на рассеивающие свойства сферических анизотропных частиц, имеет важное значение при решении задач распространения оптического излучения в атмосферном аэрозоле. Влиянием этого эффекта удается интерпретировать, например, существенную деполяризацию излучения, отмеченную при лазерном зондировании ряда облачных образований, стратосферного аэрозоля, морского аэрозоля в приводном слое. [c.174]

Как и для яркости, в настоящее время разработаны приближенные способы расчета степени поляризации безоблачного неба, удовлетворительно согласующиеся с результатами наблюдений 9, 38]. Отметим, что сильное влияние атмосферного аэрозоля на яркостные и поляризационные характеристики дневного безоблачного неба может быть использовано при решении обратной задачи определения свойств аэрозоля по результатам наблюдений свечения дневного неба. Несмотря на грубость возможных интегральных по оптической толще оценок для характеристик аэрозоля, чувствительность подобных методов оказывается достаточной для решения многих задач метеорологии и охраны окружающей среды. [c.188]

Временные флуктуации интенсивности оптических пучков в атмосферных осадках вызываются рядом физических причин интерференцией падающей и рассеянных волн в плоскости приема хаотическим и направленным движением рассеивателей, обусловливающим временную изменчивость интерференционной картины флуктуациями числа частиц в рассеивающем объеме, особенно заметными в узких оптических пучках. Кроме того, во флуктуации интенсивности при атмосферных осадках вносят определенный вклад и флуктуации за счет турбулентных неоднородностей показателя преломления атмосферного воздуха, которые при выпадении осадков подвергаются изменениям, как и другие оптические свойства атмосферы (например, изменение замутненности за счет вымывания аэрозолей). [c.231]

Разнообразие и пространственно-временная изменчивость микрофизических и макрофизических характеристик, а также химического состава аэрозольных частиц определяют сложность описания оптических свойств атмосферного аэрозоля. В основу классификации оптических свойств принято закладывать глобальное распределение аэрозоля и выделять собственно тропосферный аэрозоль, стратосферный аэрозоль, аэрозоль верхней атмосферы. В свою очередь, в тропосфере визуально различаются следующие аэрозольные образования атмосферная дымка, туман и облака. Подробные исследования показывают, что не всегда перечисленные образования имеют однозначное отличие по основным оптическим характеристикам или, наоборот, внутри отдельных образований не всегда имеется однозначное сходство этих характеристик. Чтобы преодолеть обнаруживаемую неоднозначность во многих исследованиях предлагаются различные варианты класси- [c.114]

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]

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]

Реализация этой программы была обеспечена в последнее десятилетие двумя обстоятельствами а) были достаточно изучены спектры поглогцения атмосферных газов, макро- и микрофизические, а также оптические свойства облаков. Накопился и определенный, хотя и недостаточный, запас знаний об аэрозоле б) появилась база в виде хоропю разработанной математической теории переноса излучения, создания в СССР двух центров по численным методам этой теории (ИПМ АН СССР и ВЦ СО АН СССР). В содружестве с учеными ВЦ СО АН СССР и ИНМ в ИФА АН СССР был создан ряд эталонных радиационных моделей, послуживгаих основой для разработки приближенных методов и упомянутых выгае параметризаций [74, 76. [c.778]

Настоятельная необходимость в развитии инженерных, оценочных моделей атмосферного аэрозоля и, в частности, методов оперативной диагностики оптических свойств некоторых его типовых форм предопределила целесообразную форму общей схемы численного моделирования свойств локального объема дисперсной фазы, основанного на результатах аэрозольного микрофизического эксперимента. В этом случае из структуры численного, эксперимента можно исключить ряд медленно развивающихся процессов и па-раметризировать скоротечные, например процесс адаптации фазы к полю переменной относительной влажности. Такой подход был взят за основу численного моделирования оптических свойств аэрозоля в нашей работе [22]. [c.52]

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]

Распределение частиц по размерам. Размер частиц является наиболее важным с точки зрения оптических проявлений параметром и в то же время наиболее изменчивым для атмосферного аэрозоля (от нескольких десятков ангстрем для кластеров и малых ионов до нескольких миллиметров для капель дождя). В зависимости от диапазона размеров частиц принято выделять грубодисперсную (более 1 мкм) и субмикронную (менее 1 мкм) фракции аэрозолей. Область размеров менее 0,1 мкм часто относят к микродисперсной фракции. Одновременно с указанной терминологией в литературе распространено и такое деление частицы Айткена (менее 0,1 мкм), большие частицы (диапазон размеров 1—0,1 мкм), гигантские частицы (более 1 мкм). Только частицы микродисперсной фракции (частицы Айткена) имеют достаточно малые размеры, чтобы рассеяние этими частицами можно было не учитывать. Оптическая активность же других фракций столь велика, что рассеивающие свойства аэрозоля за- [c.88]

В триаде газ, аэрозоль, турбулентные неоднородности воздуха, определяющей оптические свойства атмосферы, последняя компонента создает случайную пространственно-временную структуру поля показателя преломления атмосферного воздуха. Эта структура характеризуется ограниченными свойствами однородности и изотропности, временными трендами. Она наиболее подвержена динамичным локальным возмущениям при изменениях текущей погодной ситуации, особенно в условиях радиационноактивного периода дневного времени. Это обусловливает необходимость широкого использования в исследованиях турбулентности методов математической статистики, в особенности таких разделов, как теория случайных функций, теория случайного поля [2, [c.10]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...