Эффективность взаимодействия солнечного излучения с атмосферными составляющими и оптические методы мониторинга состава атмосферы, страница 2

Ионизация начинается с l~98 нм. Поглощение в более длинноволновой части спектра (100<l<180 нм) приводит к диссоциации. Оценки показывают, что излучение водорода L_a является основным источником фотодиссоциации H₂O на высотах 70-100 км. Водяной пар эффективно поглощает излучение в отдельных участках инфракрасного спектра, и это оказывается важным при рассмотрении взаимодействия уходящего теплового излучения Земли с атмосферой. Масса водяного пара в атмосфере весьма велика. Поэтому на его долю приходится основная часть поглощаемого теплового излучения Земли.

Окись азота NO

Интересна тем, что порог ионизации наступает при взаимодействии с излучением достаточно больших длин волн l = 135 нм. Поэтому считается, что молекула NO является главным кандидатом для ионизации излучением L_a  в области D ионосферы (самой низкой).

Углекислый газ  CO₂

Как и многие другие газы имеет полосы поглощения, приводящие к диссоциации и ионизации при l<100 нм. Однако молекула CO₂ более интересна наличием (наряду с H₂O) сильного поглощения (не приводящего к разрушению молекул) в инфракрасной области спектра. Поэтому именно CO₂ считается основным «парниковым» газом.

SO₂ и NO₂

Оба газа в основном сосредоточены в тропосфере, куда коротковолновое ультрафиолетовое излучение не проникает. Поэтому наибольший интерес представляет поведение сечения поглощения в ближней ультрафиолетовой области спектра.

SO₂ характеризуется широкой полосой поглощения в области 240-320 нм с максимумом на  290 нм. Однако длинноволновый край этой полосы имеет хорошо выраженную структуру. Это позволяет проводить измерения содержания SO₂ в столбе атмосферы на фоне интерференции с озоном, который также хорошо поглощает в этой области, но структурные детали спектра поглощения менее выражены. Длинноволновый порог диссоциации SO₂ на SO и O - l~218 нм,  ионизации – чуть ниже 100 нм.

Молекула NO₂ обладает весьма сложным спектром поглощения, начиная с ультрафиолетовой области спектра. Поглощение постепенно растет в сторону больших длин волн вплоть до 400 нм, затем уменьшается, и на спектре поглощения проявляются достаточно резкие полосы. Абсолютные значения сечения невелики, поэтому измерения общего содержания NO₂ по величине ослабления прямого солнечного излучения дают разумные результаты только при низком Солнце, когда оптическая толщина поглощения NO₂ заметно увеличивается из-за наклонного прохождения лучей через атмосферу. Порог диссоциации – около 400 нм, ионизации – около 130 нм. Молекула NO₂ весьма эффективно поглощает коротковолновое ультрафиолетовое излучение с длиной волны  l<230 нм, и это существенно влияет на поглощение солнечного излучения в верхних слоях атмосферы.

5.2. Метод дифференциального поглощения определения содержания газа в атмосфере

Метод дифференциального поглощения[1] получил широчайшее распространение как один из самых эффективных дистанционных методов мониторинга состава атмосферы. Имеет множество вариантов. Однако они легко разделяются на 2 класса по типу источников зондирующего излучения – активные и пассивные. В первом случае используются искусственные источники, во втором – естественные, например, Солнце.

Пусть в оптической кювете длиной  l(см. рис. 5.4), через которую пропускается излучение определенного спектрального состава, присутствует смесь газов А и В. Нужно узнать концентрации [A] и [B]. Если известны спектральные плотности падающего излучения  и  на длинах волн  и , а измерены  и  на выходе из кюветы и t_l=t_lA+t_lB=a_l[A]l+b_l[B]l, согласно закону Бугера имеем

                                             .