Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
1 - «X V ' рас см ~ ' 1 ~ак V , 'рас см-1 1 -ах V 'рас см~ 1 I -ах V 'рас’ см~1
1,45 1,94 6,05 16,6 26,00 116,6 2846 3028 0,0151 0,0605 0,4567 0,6051 42,69 174,6 1450 1641 0,5454 0,8456 2657 2643 0,0026 0,0151 0,7028 0,9253 40,08 168,6 626,9 2514 0,0196 0,8687 0,9985 150,5 2658 2440
Из числовых данных табл. 8 видно, что для более коротких длин волн (А.---1,45; 1,94 мкм) и в слабых полосах поглощения Н20 имеем Ypac>Ynor.v Для более сильных полос поглощения в дальней инфракрасной области спектра справедливо обратное соотношение YPac<Yno™-Если известно так называемое содержание жидкой воды в данном облаке, то это мало помогает при определении величины поглощения инфракрасного излучения элементарным объемом облачной среды. Важными параметрами здесь являются относительный размер частиц, функция распределения по размерам и концентрация, а также интенсивность полосы поглощения при данной длине волн. Учет многократного рассеяния вносит дополнительные усложнения, делая различные обобщения еще более опасными. Увеличение или уменьшение интенсивности данной полосы воды (или льда) должно также зависеть от угла рассеяния. Например, поглощение слабо влияет на рассеяние под малыми углами. Однако оно экранирует явления облачных радуг и глорий в области рассеяния назад. Заметим, что влияние рассеяния на интенсивность полос поглощения водяного пара и других молекул в настоящей монографии не рассматривается.
Некоторые из указанных выше проблем рассмотрены в обзорной статье Фейгельсон [87], которая также не учитывает влияния рассеяния на интенсивность молекулярных полос поглощения. Из ссылок на ра-
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов
129
боты, проведенные в СССР по данному вопросу *), ясно, что анализ проблем рассеяния в облаках, выполненный Фейгельсон, основан на результатах большого числа экспериментальных и теоретических, исследований. Как отмечалось в предисловии, языковые трудности, к сожа-
А, мкм
Рис. 29. Спектральная зависимость объемных коэффициентов ослабления р,к.л (сплошные кривые) и рассеяния р,)1С (пунктирные кривые) для различных моделей распределений водяных сферических частиц (100 частиц в 1 см3).
лению, помешали автору надлежащим образом изучить эту работу н провести сравнение с полученными в ней результатами.
Для моделей капельно-жидких водяных облаков и дымок на рис. 29 представлена зависимость коэффициента ослабления от длины волны во всей спектральной области 0,45^^^ 16,6 мкм. Все кривые на рис. 29
*) Е.М. Фейгельсон, Радиационные процессы в слоистых облаках, Изд-во АН СССР, М., 1964. (Лучистый теплообмен и облака, Гидрометеоиздат, Л., 1970,- Перев.) См. также сб. «Спектроскопия светорассеивающих сред», Изд-во АН БССР, Минск, 1963.
9 № 1770
130
Теория рассеяния света
построены вручную по расчетным точкам и могут в дальнейшем с успехом использоваться для интерполяции в других спектральных интервалах. Их можно сравнить с соответствующими результатами, полученными ранее автором [121 и основанными на модифицированном приближении ван де Хюлста (разд. 2.3.2). При этом различия определяются разными функциями распределения, использованными в каждом случае, а не погрешностью этого приближения.
Для данной концентрации водяных капель (N -А00 см :)) семейство кривых на рис. 29 демонстрирует изменение коэффициента ослабления на несколько порядков. Этот факт является следствием изменений только размеров частиц н параметров их распределений но размерам. Нижняя прямая Рр(0) соответствует случаю непоглощающего молекулярного воздуха на уровне моря и хорошо известной спектральной зависимости в релеевском случае (>."4). Из расположенных выше трех кривых следует, что при переходе к моделям однородной дымки угол наклона кривых к оси абсцисс уменьшается с увеличением числа более крупных частиц. На всех трех кривых заметен минимум вблизи Х—2,А мкм, за которым располагается максимум при X -3,0 мкм. Эти экстремумы приблизительно соответствуют вариациям мнимой части х комплексного показателя преломления. Заметим, что подобные особенности совершенно отсутствуют па кривых ослабления реальных облаков.
Значения коэффициента ослабления для моделей облаков и дымок различаются на несколько порядков. Подобный разрыв является следствием резкого изменения размеров и модального радиуса рассеивающих частиц при переходе от одного вида распределения к другому. Тангенс угла наклона для всех трех кривых ослабления в облачных моделях невелик в видимой и близкой инфакрасной областях спектра, но положителен. Максимум ослабления в облачной модели С.1 наблюдается вблизи X -5,0 мкм. Для некоторых моделей пунктирной линией указаны значения коэффициента рассеяния Ррас. Ясно видно, что относительная величина разности Росл—Ррас “Рпогл существенно зависит от выбранной модели распределения. В области 8,0 мкм <X<L <12 мкм во всех моделях наблюдается относительный минимум ослабления. Однако едва ли этот минимум ослабления можно назвать «окном прозрачности», даже если не рассматривать поглощения водяным паром в крыльях спектральных линий. Исключение составляет только случай очень тонких облаков и дымки. Когда для данной модели суммарная концентрация N умножается на какое-то число, соответствующая кривая ослабления па рис. 29 сдвигается в вертикальном направлении без изменения своей формы.
