Рассеяние излучения в атмосфере
Виды рассеяния: релеевское (молекулярное) и аэрозольное. Влияние анизотропии молекул на форму индикатрисы. Аналитическая оценка рассеивающих свойств атмосферы. Понятие метеорологической дальности видимости, характеризующей замутненность атмосферы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.11.2018 |
| Размер файла | 174,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рассеяние излучения в атмосфере
А.Ю. Крючок, Г.Э. Амеличев, А.К. Горбунов; КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Излучение рассеивается в земной атмосфере на молекулах воздуха, частицах аэрозоля, каплях дождя и кристаллах льда. Рассеяние сопровождается поглощением частицей вещества энергии оптического излучения и переизлучения этой энергии в телесный угол, вершиной которого является сама частица. В зависимости от соотношения между длиной волны и размером частиц выделяют следующие виды рассеяния: релеевское и рассеяние .
Релеевское, или молекулярное рассеяние, имеет место, когда размеры рассеивающей частицы гораздо меньше длины волны падающего на нее излучения. Оно хорошо описывается формулой Эйштейна-Смолуховского:
где - интенсивность падающей радиации; - рассеивающий объем; - плотность среды; - диэлектрическая проницаемость; - изотермическая сжимаемость; - постоянная Больцмана; - абсолютная температура; - расстояние от рассеивающего объема до точки наблюдения. Индикатрисса молекулярного рассеяния определяет угловое (по ) распределение рассеянной радиации. Влияние анизотропии молекул на форму индикатриссы учитывается соотношением Чандрасекара:
где ; - фактор деполяризации рассеянного излучения (для воздуха 0,035).
Коэффициент молекулярного (релеевского) рассеяния определяется по формуле [1]:
(1)
где - число молекул в единице объема; - показатель преломления среды; - длина волны излучения.
Как видно из (1) интенсивность однократно рассеянного излучения обратно пропорциональна четвертой степени длины волны и, следовательно, коротковолновая радиация рассеивается молекулами воздуха гораздо эффективнее красных лучей. Это обусловливает голубой цвет небосвода. При взаимодействии солнечного излучения с молекулами воздуха рассеянное излучение становится поляризованным. Степень линейной поляризации достигает максимального значения в направлении, перпендикулярном направлению распространения света.
В атмосфере находится значительное количество частиц, размеры которых больше 1/10 длины волны. К описанию процессов рассеяния излучения «крупными» частицами применяют теорию , на основании которой можно рассматривать и релеевское рассеяние как частный случай. Однако под рассеянием обычно понимают аэрозольное рассеяние.
Общий монохроматический коэффициент ослабления за счет рассеяния складывается из коэффициентов молекулярного рассеяния и коэффициент аэрозольного рассеяния :
=+
Для аналитической оценки рассеивающих свойств атмосферы необходимо знать распределение частиц по размерам, их форму и концентрацию, а также комплексный показатель преломления вещества частиц. В практических расчетах ослабления излучения вследствие рассеяния используется понятие «метеорологическая дальность видимости» /м, характеризующее замутненность атмосферы. Метеорологическая дальность видимости измеряется расстоянием, на котором различима черная мишень или предметы, контраст которых по отношению к фону неба равен 1 (на фоне неба при пороге контрастной чувствительности глаза наблюдателя = 0,02). Метеорологическая дальность видимости связана с коэффициентом рассеяния соотношением:
Понятие метеорологической дальности видимости относится к излучению с длиной волны = 0,55 мкм, при которой глаз имеет наибольшую чувствительность, и к горизонтальным трассам. В табл. 1 представлены значения метеорологической дальности видимости и коэффициентов рассеяния, соответствующие международному коду видимости.
Таблица 1. Международный код видимости, метеорологическая дальность видимости и коэффициент рассеяния
|
Кодовый номер |
Погодные условия |
Метеорологическая дальность видимости lм |
Коэффициент рассеяния блp, км-1 |
|
|
0 |
Плотный туман |
50м |
?78,2 |
|
|
1 |
Густой туман |
20м |
78,2 |
|
|
2 |
Обычный туман |
200м |
19,6 |
|
|
3 |
Лёгкий туман |
500м |
19,6 |
|
|
4 |
Слабый туман |
1 000м |
3,91 |
|
|
5 |
Дымка |
1000м |
1,96 |
|
|
6 |
Легкая дымка |
2 км |
0,954 |
|
|
7 |
Ясно |
4 км |
0,391 |
|
|
8 |
Очень ясно |
10 км |
0,196 |
|
|
9 |
Совершенно ясно |
20 км |
0,078 |
|
|
- |
Чистый воздух |
?50 км |
0,0141 |
Нижняя строка табл. 1 относится к случаю ограничения видимости только молекулярным рассеянием. Для расчета рассеяния на наклонных трассах необходимо знать вертикальные профили коэффициентов рассеяния. Один из таких профилей полученный Элтерманом, представлен на рис. 1.
Рисунок 1 - Вертикальное распределение коэффициента ослабления: 1-релеевское рассеяние; 2-аэрозольное рассеяние; 3-комбинированный эффект.
На высоте Н до 5 км коэффициент аэрозольного рассеяния определяется зависимостью:
где - эмпирическая постоянная, выбираемая для различных из условия, что при = 5 км для = 0,55 мкм.
При расчете рассеяния в вертикальном направлении используют модель однородной запыленной атмосферы, в которой предполагается, что распределение частиц по размерам не меняется с высотой и что частицы распределены равномерно по всему слою. Вертикальную оптическую толщину всего слоя аэрозольной атмосферы можно определить по формуле:
где - коэффициент аэрозольного рассеяния у поверхности Земли. Для наклонного пути при зенитных углах 0 < 60° оптическая толщина аэрозольной атмосферы находится как:
Из сопоставления влияния аэрозольного рассеяния и поглощения в условиях дымки следует, что при метеорологической дальности видимости > 10 км аэрозольное рассеяние вызывает гораздо меньшее ослабление излучения, чем поглощение в диапазоне длин волн 2,5--14 км. В области длин волн до 2,5 км рассеяния и поглощения в ослаблении излучения соизмеримы.
релеевский аэрозольный рассеяние атмосфера
Список использованной литературы
1. М.В. Кабанов, В.Е. Зуев. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере. М. 1991;
2. А.И. Ларкин. Оптические системы связи.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Модели сплошной среды–идеальная и вязкая жидкости. Уравнение Навье-Стокса. Силы, действующие в атмосфере. Уравнение движения свободной атмосферы. Геострофический ветер. Градиентный ветер. Циркуляция атмосферы. Образование волновых движений в атмосфере.
реферат [167,4 K], добавлен 28.12.2007Исследование методами комбинационного рассеяния света ультрананокристаллических алмазных пленок. Влияние мощности лазерного излучения на информативность спектров. Перспективность UNCD пленок как нового наноматериала для применения в электронике.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.01.2014История выяснения причины голубого цвета неба: теория древних греков; гипотезы Гете, Ньютона. Ошибочность Рэлеевской теории рассеяния света на тепловых колебаниях газовой оболочки планеты. Молекулярное рассеяние света: теория опалесценции Смолуховского.
реферат [23,4 K], добавлен 23.09.2012Физика атмосферы. Спектральные исследования атмосферы Земли. Линии кислорода. Линии натрия. Линии водорода и гидроксила ОН. Атмосферный озон. Поляризационные исследования атмосферы Земли. Взаимодействии атмосферы Земли с излучением Солнца.
реферат [44,6 K], добавлен 03.05.2007Определение структуры вещества как одна из центральных задач физики. Использование метода молекулярного рассеяния света в жидкостях. Время жизни флуктуации в жидкостях. Механизм, обрезающий крыло дисперсионного контура, в реальных физических системах.
реферат [16,3 K], добавлен 22.06.2015Общие сведения о взаимодействии излучения с веществом. Характеристика спектрометра комбинационного рассеяния света. Анализ низкочастотной части спектра стронциево-боратного стекла. Обработка полученных экспериментальных спектров для улучшения их качества.
курсовая работа [925,3 K], добавлен 03.12.2012Исследование процессов столкновений и развитие теории рассеяния. Упругое рассеяние, при котором после столкновения молекула остаётся в исходном состоянии. Вычисление интеграла по координатам налетающего электрона с применением соотношения для Фурье.
диссертация [1,9 M], добавлен 19.05.2014Оптические свойства аэрозолей. Релеевский закон рассеяния. Взаимодействие электромагнитного излучения с одиночной частицей. Оптические характеристики аэрозолей. Пределы применимости теории Ми. Процессы взаимодействия излучения с аэродисперсными частицами.
реферат [748,7 K], добавлен 06.01.2015Одно из наиболее ярких научных достижений ХХ столетия - теория метода комбинационного рассеяния. Упругое и комбинационное рассеяние света. Применение Рамановской спектроскопии для контроля лекарственных, наркотических и токсичных средств и веществ.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 08.06.2011Понятие комбинационного рассеяния света. Переменное поле световой волны. Квантовые переходы при комбинационном рассеянии света. Возникновение дополнительных линий в спектре рассеяния. Устройство рамановского микроскопа, основные сферы ее применения.
реферат [982,7 K], добавлен 08.01.2014Термодинамические процессы в сухом и влажном воздухе. Термодинамические процессы фазовых переходов. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Уравнение переноса водяного пара в атмосфере. Физические процессы образования облаков. Динамические процессы а атмосфере.
реферат [487,9 K], добавлен 28.12.2007Упругое и неупругое рассеяние света, теория комбинационного метода. Применение Рамановской спектроскопии для контроля лекарственных, наркотических и токсичных средств. Комбинационное рассеяние света как метод изучения вещества, основные преимущества.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 28.10.2011Изучение свойств рассеяния оптического излучения в конденсированных средах в результате его взаимодействия собственными упругими колебаниями. Уравнения полей и гидродинамики в жидкостях. Решение укороченных уравнений с учетом стрикционной нелинейности.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 24.06.2015Квантовая теория комптоновского рассеяния. Направление движения электрона отдачи. Давление света. Сериальные закономерности в спектрах атома водорода. Модель Томсона, Резерфорда. Постулаты Бора. Гипотеза де-Бройля. Элементы квантовомеханической теории.
презентация [195,5 K], добавлен 17.01.2014Изучение процессов рассеяния заряженных и незаряженных частиц как один из основных экспериментальных методов исследования строения атомов, атомных ядер и элементарных частиц. Борновское приближение и формула Резерфорда. Фазовая теория рассеяния.
курсовая работа [555,8 K], добавлен 03.05.2011Свойства объектов и методы измерения электронной плотности по упругому рассеянию. Экспериментальные методы исследования комптоновского рассеяния. Атомно-рассеивающий фактор, распределение радиальной электронной плотности в литии по комптоновским профилям.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 06.06.2011Спектральные измерения интенсивности света. Исследование рассеяния света в магнитных коллоидах феррита кобальта и магнетита в керосине. Кривые уменьшения интенсивности рассеянного света со временем после выключения электрического и магнитного полей.
статья [464,5 K], добавлен 19.03.2007Состав атмосферы Земли и особенности влияния на нее вращения планеты. Последствия исчезновения воздушной массы. Изобретение ртутного и электронного барометров. Применение их при измерении давления воздуха. Единица измерения атмосферного давления.
презентация [562,5 K], добавлен 17.03.2015Определение зоны рассеяния центра электрических нагрузок для статического состояния системы. Учёт развития предприятия при определении местоположения подстанции. Увеличение годовых затрат при смещении подстанции из зоны рассеяния центра нагрузок.
контрольная работа [543,3 K], добавлен 13.07.2013Физический механизм рассеяния отдельной частицей. Взаимное усиление или подавление рассеянных волн. Многократное рассеивание света. Полная интенсивность рассеяния скоплением частиц. Поляризация света при рассеянии. Применение поляризованного света.
курсовая работа [283,2 K], добавлен 05.06.2015
