Прозрачност на земната атмосфера - Физическа енциклопедия
ПРОЗРАЧНОСТ НА ЗЕМНАТА АТМОСФЕРА - способността на атмосферата да пропуска насочена радиация. Има понятия "прозрачност на средата" и "предаване на радиация от средата". Средата може да бъде непрозрачна (облаци, млечно стъкло и др.) и в същото време да пропуска разсеяна светлина. Но приложено към атмосферата, предаването обикновено се разбира като част от предаването от атмосферата само на насочено излъчване; следователно, характеристиките на предаването и P. z. А. са близо един до друг.
Понятието П. з. А. Обикновено се свързва с възможността за ясно виждане на далечни обекти и светлини, т.е. с условията за предаване на видима радиация от атмосферата. В момента тази концепция се използва за характеризиране на радиация в широк диапазон от дължини на вълните - от рентгеновите лъчи. и гама лъчение до микровълнова.
Разграничаване на спектрални и интегрални P. z. А. Под спектрален P. z. А. разберете способността на атмосферата да преминава насочено квазимонохроматично. радиация, т.е. излъчване в относително тесни части от спектъра. Под интегрална P. z. А. се отнася до способността на атмосферата да предава насочена радиация в широки части от спектъра. За количествено изразяване P. z. А. се използват различни функции. Наиб. общи от тях са: коеф. предаване, коеф прозрачност, фактор на мътност и метеорологични. диапазон на видимост.
В общия случай прозрачността на средата се характеризира с коеф. предаване t е съотношението на потока, преминал през средата, към потока, който е паднал върху нея. Реципрочната на t, наречена. коефициент отслабване. Отношението на радиационния поток Ф, преминал през атмосферата във вертикална посока, към извънатмосферната стойност на потока, наречен. коефициент П. з. А. Тази характеристика не се определя директно от измерванията, тъй като източникътрадиация (обикновено използвайки Слънцето) се среща в зенита само в редки случаи. Зависимостта на потока, преминаващ през атмосферата, е квазимонохроматична. радиация F от въздушната (оптична) маса m по посока на Слънцето (т.е. от съотношението на оптичните пътища на наклонените и вертикалните лъчи) има формата
Коеф. средно предаване t може да бъде представено като
където интегралът е взет по пътя на разпространение на радиацията, е дължината на пътя. В случай на хомогенна среда стойността се нарича. обемно затихване. Това е сумата от индекса на обемно разсейване и индекса на обемно поглъщане, когато радиацията преминава през атмосферата във вертикална посока
където е оптичната дебелина (дебелината) на атмосферата.
Законът на Bouguer - Lambert (вижте закона на Bouguer - Lambert - Beer) е получен за квазимонохроматични. радиация. Когато се използва за изчисляване на интегрални потоци, се открива видимият дневен ход на коефициента. прозрачност. С увеличаване на въздушната маса m (т.е. с намаляване на височината на Слънцето над хоризонта) се увеличава делът на DV радиацията в преминаващия поток, за който атмосферата е по-прозрачна, което води до видимо увеличение на P. z. А. (Ефект на Форбс). За да се изключи влиянието на този ефект, коеф интегрална прозрачност p, получена чрез разлагане. височини на Слънцето, са дадени по специални номограми към коеф. интегрална прозрачност при определена въздушна маса Обикновено се приема = 2 (т.е. височината на Слънцето е равна на коефициента. Коефициентът се определя редовно в метеорологичните станции и се използва широко в актинометрията, при изучаването на атмосферните процеси, при изчисляването на радиационните потоци, радиационния баланс на земната повърхност и др.
Определение на коефициента. П. з. А. произведени по абс. и се отнася. измервания. С абс. измерен поток радиантЕнергията на Слънцето се преобразува в топлинна енергия, която се записва. Познаването на слънчевата константа и следователно извънатмосферната стойност на потока съгласно f-le (1) определят коефициента. П. з. А. Измерванията се извършват на актинометрия. станции, използващи пирхелиометри и актинометри. Препраща данни. за определяне на коефициента се използват измервания на пряка слънчева радиация. П. з. А. Методи на Бугер - "дълъг" и "къс". При определяне на P. z. А. "Дългият" метод за измерване на потоците F се извършва на различни височини на Слънцето (т.е. на различни m). Коеф. r се определя от наклона на пряката зависимост на IgF от m, като се допуска, че по време на измерванията на P. z. А. остана постоянна. При известна стойност на извънатмосферната константа за даден фотометър (в относителни единици), p може да се определи чрез т.нар. кратък метод за извънатмосферен блясък съгласно f-le (1).
По-чувствителна характеристика на P. z. А. е т.нар. коефициент на мътност на атмосферата Т - отношението на опт. дебелини на реални и идеални (Рейли, т.е. когато P. z. a. се определя само от Релеи разсейване на светлината) атмосфери. Като се има предвид оптиката дебелината на реалната атмосфера като сбор от оптични. дебелини на идеална атмосфера, водна пара и аерозол получават
Стойност на името мокра мътност, стойност
- остатъчна мътност на атмосферата. Тъй като ефектът на Форбс едновременно засяга прозрачността както на реалната, така и на идеалната атмосфера, факторът на мътност е почти независим от височината на Слънцето.
П. з. А. в различни части от спектъра се променя драстично. И така, HF радиацията на Слънцето (l 300 nm) достига повърхността на Земята и има основно въздействие. благоприятно влияние върху развитието на биол. системи.
В спектралната област от 350-4200 nm земната атмосфера има множество "прозорци на прозрачност" (фиг. 2; намалената крива съответства налетни условия в ср. географски ширини и общо съдържание на водна пара от 2 cm утаена вода) и като цяло е относително прозрачен.
Фигура 1.
Фиг. 2.
ДОБРЕ. 94% от общия поток на слънчева енергия към върха, границата на атмосферата попада точно върху тази област и основната. част от енергията достига земната повърхност. Благодарение на това Земята има благоприятен климат за живот. Отслабването на слънчевата радиация в HF-частта на тази област на спектъра настъпва гл. обр. поради разсейване на радиация върху молекули (разсейване на Rayleigh) и върху аерозолни частици (аерозолно разсейване). В LW-частта на този регион слънчевата радиация е отслабена в лентите на поглъщане на водни пари, въглероден диоксид, озон и редица други малки газови компоненти (NO 2 , CH 4 и др.).
Има и "прозорец на прозрачност" в спектралната област 8000-12000 nm. Коеф. предаването на слънчева радиация в този "прозорец" се колебае в cf. в рамките на 60-70%. В спектралните области от 5200-8000 nm и повече от 15 000 nm слънчевата радиация се абсорбира почти напълно от водната пара.
Във връзка с използването на лазери се разработват изследвания на характеристиките на разпространението на лазерен лъч в атмосферата. Поради високата монохроматичност на лазерното лъчение, дори в "прозорците на прозрачност" на атмосферата, лазерният лъч може да бъде силно отслабен. Във фината структура на спектъра на поглъщане на атмосферата в тези "прозорци" има относително тесни, но силни ивици на поглъщане. Количествени оценки на P. z. А. За лазерното лъчение е необходимо познаване (с много висока точност) на позицията, интензитета и формата на фините структурни линии на атм спектрите. газове. Високата изходна мощност на лазерите може да причини разлагане. видове нелинейни ефекти (мултифотонни ефекти, водещи до разпадане на газове; спектроскопски ефекти на насищане,предизвикване на частично просветляване на газове; оптични ефекти на самофокусиране. греди, причинени от зависимостта на коеф. пречупване на средата върху мощността на радиационния поток и др.). С кратка продължителност на оптиката импулси ( s), могат да възникнат явления, които водят до отклонение на затихването на радиацията от закона на Бугер.
Характеристиката на хоризонталните P. z. А. най-често се използва метеорологията, диапазонът на видимост е наиб. разстоянието, на което през светлата част на деня е възможно да се различи (открие) с невъоръжено око на фона на небето близо до хоризонта или на фона на въздушна мъгла черен обект с размери по-големи от
Широко използвани инструментални методи за определяне на метеорологични. обхват на видимост, докато измервате. инструментите често също се калибрират в единици според f-le (4). В табл. дадени са скалата на видимост (в точки), съответните граници и показатели за обемно разсейване
Скала на видимостта, съответните й граници и обемно разсейване