Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
Ямамото и его сотрудники [881 недавно опубликовали результаты интересной работы, в которой рассмотрели вопрос о предполагаемой величине пропускания излучения облачным слоем в «окне прозрачности» при учете температуры подстилающей поверхности. Как указывается в [881, важным параметром в данной задаче является альбедо однократного рассеяния ах. Выше было показано, что его величина
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов 131
зависит от функции распределения частиц по размерам, а также от величины мнимой части х комплексного показателя преломления т. Поэтому в некоторых случаях использовались два альтернативных значения х для воды при Л.=8,15 мкм (табл. 6), которые различаются в два раза. Влияние такого изменения х на величину ослабления и альбедо для двух из рассмотренных моделей иллюстрирует следующая таблица (другие параметры остаются неизменными):
Дымка L Облако С. 1
X IW км~' а% км~' 1 осл ак
0,0472 9,424-10-“ 0,156 18,75 0,746
0,0236 5,465-10-* 0,269 19,30 0,854
Из сравнения числовых данных, представленных в таблице, следует, что величина х сильно влияет на коэффициент ослабления и альбедо однократного рассеяния в модели дымки, для которой размеры капель малы. В облачной модели это влияние намного слабее: уменьшение х в два раза приводит к увеличению альбедо однократного рассеяния только на 15%. При этом ослабление также увеличивается в противоположность случаю дымки.
Вблизи X —3,0 мкм переход от старого значения т— 1,525 0,0682 t к новому т.—1,364—0,306/ (разд. 3.5) практически не влияет па значение коэффициента ослабления и альбедо частиц в модели облака С. 1, уменьшая их лишь на 3 и 7°/0 соответственно (ср. старые значения v и х [16] с новыми значениями в табл. Т.42). На ореол в области 0°<0-<20о это изменение влияния не оказывает. Одпако линейная поляризация увеличивается от максимального значения 0,28 при 0-50° до 0,85 при 0- 80°, причем широкая глория вблизи 0 — 160° исчезает, а интенсивность излучения при 0—180° уменьшается на 72°/0. Эти особенности очень важны для исследования оптических свойств водяных облаков на Венере (разд. 4.4.1).
Приведенные выше примеры показывают, что слои дымки, образо-ванные из небольших поглощающих частиц, могут оказывать более сильное влияние на локальную температуру воздуха, чем тонкие слои облачных капель эквивалентной оптической толщины.
Численные результаты, представленные в табличной части книги для различных облачных моделей, выявляют ряд других интересных особенностей, таких, как влияние поглощения различной интенсивности на образование венцов, облачных радуг и глорий. Эти оптические эффекты существуют также в областях минимального поглощения в ближнем инфракрасном участке спектра. Это видно на примере модели С.1 (Я= 1,61 и 2,25 мкм, табл. Т.39 и Т.41). Мы не рассматривали в де-
9*
132
Теория рассеяния света
талях эти и другие эффекты, поскольку большинство из них читатель может легко исследовать сам при помощи соответствующих графиков, приведенных выше.
Предыдущее рассмотрение позволяет понять в общих чертах трудности, связанные с постановкой и решением обратных задач атмосфер ной оптики. Как правило, при решении таких задач стремятся получит а все физические параметры частиц, недоступные прямому измеренш'.. только из данных спектрофотометрических и поляриметрических на блюдений. Совершенно очевидно, что для этого необходимо провести детальные измерения интенсивностей рассеянного и поглощенного излучений, даже в том случае, когда можно не учитывать эффекты многократного рассеяния. Это равносильно требованию получать пробы воздуха в лабораторных условиях, что практически невозможно. Следовательно, для решения обратных задач оптический метод зондирования атмосферы при помощи естественного или искусственного источника освещения имеет ограниченную ценность. Однако он может быть весьма полезным как дополнительный источник информации об оптических параметрах атмосферы. Математический анализ некоторых из обратных задач атмосферной оптики проведен Шифриным и его сотрудниками. Обзор этих работ сделан недавно Шифриным и Перельманом Г89].
4.3.3. РАССЕИВАЮЩИЕ СВОЙСТВА ЕСТЕСТВЕННЫХ ОСАДКОВ В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ
Как отмечалось ранее в одной из работ автора, посвященной радиолокационной метеорологии [471, радиолокационное отражение от частиц осадков представляет особый случай рассеяния совокупностью полидис-персных частиц. В разд. 2.3.3 радиолокационный коэффициент рассеяния для отдельной частицы определен через интенсивность излучения, рассеянного назад. Чтобы найти эквивалентный коэффициент рассеяния для единичного объема полидисперсной среды, перепишем выражение (33) для 0рая в виде
Для N одинаковых частиц, заключенных в единичном сбъеме, сравнение последнего выражения с (75) и (78) приводит к соотношению
связывающему объемный коэффициент рассеяния и первый элемент нормированной матрицы рассеяния. Согласно (77), оно определяет умноженную на 4л интенсивность излучения, рассеянного точно назад. Обобщение данного соотношения на случай полидисперсной системы вытекает непосредственно из разд. 3.3.2:
