Аэрозольное ослабление оптического излучения - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства

Как можно было видеть из вышеизложенного, спектральное молекулярное поглощение отличают два характерных обстоятельства:

Невыполнимость для функции закона Бугера*)

Высокая спектральная селективность Закон Бугера применим при молекулярном поглощении только для монохроматического излучения.

Аэрозольное ослабление излучения связано с его поглощением и рассеянием на частицах, взвешенных в воздухе и характерно тем, что имеет незначительную селективность, а также подчиняется закону Бугера (т. е. коэффициент ослабления пропорционален количеству вещества на трассе или ее протяженности). С учетом этого обстоятельства аэрозольное ослабление излучения в однородной среде (например, на приземной оптической трассе):

, (15)

Причем

(16)

Способность частицы аэрозоля ослаблять излучение определяющим образом связана с комплексным показателем преломления вещества, из которого частица состоит, и размерам частицы.

Теория рассеяния оптического излучения наиболее полно развита Ми и носит его имя.

Согласно теории Ми

(17)

В (20) присутствует поперечное сечение частицы (r2), nR - количество рассеивающих частиц и K0 - эффективный коэффициент рассеяния, являющийся функцией относительного радиуса частицы

И показателя преломления m=n-i. Невыполнение закона Бугера для распространения излучения в аэрозольной среде наблюдается только при превышении мощности излучения - порога, за которым начинается взрывообразное разрушение отдельных частиц аэрозоля. Аналогичным образом определяется и функция эффективного коэффициента поглощения KР, которая имеет более простой вид без характерных для К0 сцинтиляций.

В литературе известны специальные расчеты по теории Ми функций рассеяния и поглощения для частиц с различными m,. Как правило это объемистые издания. Большинство таблиц определяют сферические частицы с однородной структурой. Специальные разделы посвящены развитию теории Ми в интересах расчета рассеяния на несферических частицах, - например эллипсах, цилиндрах и т. д. Достаточно глубоко исследован теоретический вопрос рассеяния на многослойных частицах. Последний актуален для атмосферной оптики, поскольку доказано, что при относительной влажности воздуха f 40 % частицы аэрозоля увлажнены и в их "оптике" должно учитываться проявление свойств воды. В частности, доказано, что при толщине "водяной рубашки" частицы, составляющей 10% и более, ее оптические свойства полностью определяются m воды (раствора).

На практике оказалось более удобным расчет Осл осуществлять на основе эмпирических соотношений. Впервые аппроксимация была предложена для видимой области спектра Ангстремом и определяется соотношением

, (18)

Где n - эмпирический коэффициент.

Позднее специальными исследованиями было показано, что формула Ангстрема на основе незначительного усложнения может быть распространена на широкую область длин волн. В этой модифицированной трактовке

(19)

В (22) n0, n1, n2 - эмпирические параметры, одинаковые для конкретных

Состояний атмосферы т. н. типов оптической погоды, - компонента, независящая от типа оптической погоды, имеющая выраженный селективный ход (физически связана с поглощающими свойствами вещества аэрозоля - его водной оболочки, задается таблично), 0- коэффициент ослабления в области, в которой осуществлена нормировка функции.

В соответствии с общепринятой практикой - это видимая область спектра, в которой аэрозольное ослабление характеризуют метеорологической дальностью видимости SM, связанный с показателем ослабления излучения на длине волны =0,55 мкм. Согласно соотношения Кошмидера

, (20)

Коэффициент 3,912 в (20) определяется исходя из возможности человека при заданной контрастной чувствительности глаза различать на расстоянии SM=L раздельно два предмета. Таким образом, с учетом (6, 17, 21)

Имеем: (21)

Аэрозольная и молекулярная компоненты действуют независимо, поэтому, следуя (6,17,21)

(26)

В (26) не учтено Рэлеевское (молекулярное ) рассеяние излучения.

Похожие статьи




Аэрозольное ослабление оптического излучения - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства

Предыдущая | Следующая