|
|
тесняюгся инструментальными с использованием лазеров, ракет, космич. аппаратов и др. Вс╦ шире применяются автоматизир. системы, телеметрия, машинные-методы обработки получаемой информации. Осн. содержанием А. о. становятся молекулярная и аэрозольная оптика, теория видимости, теория переноса излучения, решение прямых и обратных задач и построение атмос-ферно-оптнч. моделей атмосферы.
Основы молекулярной оптики заложены Рэлеем (Дж. У. Стре'тт, J. W. Strutt) (1871, 1899). По его теории, солнечные лучи при прохождении через атмосферу рассеиваются молекулами воздуха, Тсоретич. исследования Л. И. Мандельштама (1907) показали, что слот рассеивается по молекулами воздуха, а флуктуациями плотности воздуха (случайно расположенными сгущениями и разрежениями). Теория флуктуац. рассеяния, разработанная М. Смолуховским (М, Smoluchowski, 1908) и А. Эйнштейном (A. Einstein, 1910), приводит к тем же-ф-лам, к-рые pauee были получены Рулеем, Т. к. флуктуации плотности обусловлены молекулярпо-кинотич. природой строения вещества, флуктуац. рассеяние но-ирежнему нал, молекулярным,
В реально!! атмосфере всегда содержится значит. кол-во аэрозоля (капельки воды и водных растворов, частицы органич. и минеральной пыли, частицы сажи' и др.). Теория рассеяния и поглощения света частицами аэрозоля, разработанная Г. Ми (С. Mio, 1908), описывает характеристики рассеяния и поглощения света частицами любых размеров и показателей преломления .
Как молекулярное, так и аэрозольное рассеяние приводит к ослаблению падающих лучей. Интенсивность / излучения, прошедшего через слой атмосферы толщиной I (без уч╦та интенсивности рассеянного ыз.туче-
т
ния), равна: I-- /Q/> Q, где /Q≈интенсивность падающего монохроматнч. излучения, Р = еТ ≈ коаф. прозрачности атмосферы, т^ \\
%J о
оптич, толща
вертик. слоя атмосферы, OTQ≈атм. (онтич.) масса в
направлении на Солнце (при зенитных углах Солнца
коэф.
е
а
и
гг
объ╦мные молекулярного и аэрозольного рассеяния
≈ Я
3N1*
max
(0-7Д) * , т) п (г) dr,
N≈ число Авогадро, п ≈ показатель преломления воздуха, Д ≈ фактор деполяризации, г≈ радиус апро-зольноп частицы, К (р, т} ≈ функция Ми, и (г)≈ плог-ность распределения частиц по размерам, р^2лг/Х ≈ относит, размер частиц, Я -длина волны монах рома-тич. света, т ≈ ∙ комплексный показатель преломления аэрозольных частиц.
Кроме ослабления излучения за сч╦т рассеяния, обычно наблюдается ослабление в результате поглощения излучения молекулами воздуха и аэрозолем. Применительно к ослаблению солнечных лучей имеет место закон Бугсра:
где тп ≈ оптич. толща поглощения, Величину т + тп ≥ = ТБ паз. бугеровекон толщей атмосферы. При наблю-
дении в широких участках спектра закон Бугера не выполняется. С уиеличеткш OTQ ко:>фф. прозрачности
атмосферы р при оптически стабильной атмосфере не оста╦тся постоянным, а возрастает. Вся б. ч. проходящего излучения приходится на длинноволновые составляющие, для к-рых воздух более прозрачен. Изменение коэф. прозрачности воздуха с изменением высоты Солнца наз. эффектом Фор б с а. Для характеристики степени замуты╦ености атмосферы предложен ряд
характеристик, менее зависящих от тед. Наии. расп-
ространение и использование получил фактор м у т-ности Липке Т ≈ lgp/lgpM, где рм ≈ прозрачность идеально чистой (молекулярной) атмосферы. В атом случае эффект Форбса действует одпомрем. как на р, так и на рм, благодаря чему фактор мутности почти не зависит от m^.t
С горизонтальной прозрачностью атмосферы тесно связан один из оси. мстсоалемецтов ≈метеорологическая дальность видимости (М ДВ) , под к-poii понимается предельная дальность видимости $н черного окрана с угловы.ми, размерами более 15 угловых минут на фоне горизонта в светлое время суток. Величина МДВ однозначно связана с горизонтальной прозрачностью атмосферы:
где Е ≈ порог контрактной чувствительности среднего глаза. Дальность видимости реальных (пееамосветя-щихся) объектов нсегда меньше МДВ, В сумеречных и ночных условиях для характеристики горизонтальном прозрачности атмосферы используется дальность видимости точечных источников света.
Пучок рассеиваемого аэрозолем света может быть описан четырьмя характеристиками; интенсивностью, сте-пеньто поляризации, степенью эллимтич. поляризации и угловым положением плоскости макс, поляризации. Вомн, случаях систовоп пучок удобнее характеризовать аддитивными параметрами, опорные предложенными Дж. Г. Стоксом (G. G. Stokes). Матрица четв╦ртого ранга из параметров Стикса пая. матрицей рассеяния света. В случае рассеяния на шарообразных частицах при совпадении плоскостей рассеяния и наблюдения (референции) матрица аэрозольного рассеяния содержит только четыре независимые компоненты /j, /2, /3, /4- Компонента /г(0) является индикатрисой рассеяния. При чисто молекулярном рассеянии {без поглощения) индикатриса рассеяния /м (0) выражается ф-лоп
где у ≈ фактор, учитывающий При рассеянии на аэрозолях
Гг.
анизотропию молекул.
/а (0) -
шах
сг.л
А
i (6, р, m)n(r)dr4
где 0 ≈ угол рассеяния, i(0, р, т] ≈ угловая ф-щш Ми. Привед╦нные соотпоигсния характеризуют акты первичного рассеяния света. В действительности, проходя через атмосферу, свет испытывает многократное рассеяние и поглощение. Отразившись от подстилающей поверхности, oil вносит дополнит, вклад в рассеянное излучение атмосферы. Рассеиваемый атмосферой скот о значит, мере поляризован, В точках неба, удал╦нных от Солнца на 90°, степень поляризации максимальная (до 85%). Но имеются точки (Араго, Бабшн1, Брюстера), в к-рых поляризация света отсутствует. Это т. н. нейтральные точки. Нулевая поляризация рассеянного излучения в УТИХ точках получается вследствие влияния многократного рассеяния света в атмосфере.
Важными являются октич. характеристики, отнес╦нные ко всей атмосфере, в т, ч. индикатриса яркости неба |^н(6) при Z=ZQ и соответствующая ей оптич. толща Т└. Разииты методы решения обратных задач А. о, в части постановления атмосферных и аэрозольных индикатрис рассеяния света по данным измерений характеристик и.н(6) и тн. Вс╦ большее применение получают методы решения обратных задач аэрозольной оптики для восстановления микрофиз. характеристик атм. аэрозоля по данным измерений поля рассеиваемого им излучения. Б общем случае для достаточно строгого решении задач распространения, рассеяния, отражения и поглощения света в атмосфере приходится обращать-
ш
9 и
О
143
")
}
