Характеристики поля излучения и уравнение переноса излучения, страница 7

                                      .

Далее, примем, что объект рассматривается на фоне, в качестве которого выступает небо у горизонта. Яркость такого «фона» -   β(∞)=А/α. Предположим также, что объект имеет нулевую собственную яркость (черный щит). Тогда его видимая яркость, обусловлена исключительно рассеянием излучения в воздухе, заключенном в выделенном объеме, а контраст, образуемый яркостями объекта и фона, будет равен

                                   .

 Полагая К=ε=0.02, находим для метеорологической дальности видимости         

                                         .

Под метеорологической дальностью видимости понимается наименьшее расстояние, с которого в светлое время суток теряется видимость абсолютно черного объекта, проецирующегося на фоне безоблачного неба у горизонта и имеющего угловые размеры не меньше 20 угловых минут  (1/50 расстояния до наблюдателя).

Определив Sm, мы можем получить хорошую оценку для α и использовать ее для расчета любых других дальностей видимости.

В настоящее время для определения дальности видимости используется измерение коэффициента ослабления α  воздуха по результатам регистрации излучения лампы или мощного светодиода на достаточно длинной трассе. Согласно приведенной выше формуле

                                     ,

то есть, оптическая толщина слоя атмосферы на пути длиной, равной дальности видимости, приблизительно равна 4. Отсюда следует, что при дальности видимости в пределах 10-20 км, коэффициент ослабления α составляет 0.4-0.2 км-1. При этом оптическая толщина трассы длиной около 100 м будет составлять 0.04-0.02. Для обеспечения менее чем 10%-й ошибки определения дальности видимости, ошибка измерений оптической толщины трассы не должна превышать 0.004-0.002. Это вполне осуществимое требование.



[1] Поглощение забирает энергию излучения и превращает ее в другие виды энергии (в первую очередь, в тепловую, хотя поглощенная энергия может также трансформироваться в энергию излучения на других длинах волн, а сам процесс перехода поглощенной энергии в тепловую может быть разделен на несколько промежуточных этапов. Под рассеянием понимается процесс, когда часть энергии падающего излучения  испускается (переизлучается) элементарным объемом в других направлениях. Во всех случаях в данной книге, если специально не оговорено, подразумевается, что рассеяние не меняет частоты или энергии фотона. Эффективность рассеяния зависит от угла между направлением рассеянного излучения и направлением падающего излучения. Эта зависимость описывается так называемой индикатрисой рассеяния.

[2] Помимо условия линейности процесса взаимодействия излучения со средой (пропорциональности доли поглощенной тонким слоем энергии излучения энергии падающего излучения) для выполнения закона Бугера требуется, чтобы излучение было  монохроматичным (то есть, относилось к бесконечно узкому интервалу длин волн). Это важно для случаев, когда оптическая толщина зависит от длины волны.

[3] Конечно же, здесь речь идет о спектральной плотности мощности, отнесенной к единичному интервалу длин волн.

[4] Действуя по аналогии, легко получить выражение для яркости атмосферы, наблюдаемой из космоса (сверху).

[5] Хотя точно сосчитать эти значения уже не так просто.

[6] Похожий вариант метода используется для определения общего содержания озона и его вертикального распределения по результатам измерения спектральной яркости атмосферы в ультрафиолетовой области спектра с помощью аппаратуры, устанавливаемой на борту космических аппаратов. В настоящее время это единственный метод позволяющий получать ежедневные глобальные карты общего содержания озона. Точность методики, правда, не очень высока, и для ее повышения используется привязка полученных результатов к данным наземных измерений в нескольких контрольных точках земного шара.

[7] Конечно же, величина рассеиваемой энергии излучения меняется в зависимости от условий освещения и метеоусловий. Однако для нас сейчас важно только то, что эта величина одинакова для всех элементарных объемов внутри рассматриваемого телесного угла.