Взаимодействие электромагнитного излучения с атмосферой земли, страница 6

где z₀ — высота масштабирования. Обратите внимание на то, что эта формула аналогична (4.4), которую мы ввели для моделирования изменения атмосферного давления с высотой. И здесь, так же как и при других исследованиях атмосферы, наиболее подходящим значением для z₀ является 8 км.

            На рис. 4.6 показано, как меняется коэффициент, связывающий оптическую толщину атмосферы при наклонном распространении излучения и при вертикальном. Кривые рассчитаны для трех значений z₀. Рис. 4.6, а охватывает диапазон изменения угла ________ от 0 до 15°, и мы видим, что здесь сказывается зависимость от принятого значения z₀. Рис. 4.6, б соответствует диапазону изменения ________от 15 до 90°. График на нем представлен одной линией, рассчитанной по формуле 1/sin.

4.3. Микроскопические частицы в атмосфере: аэрозоли

            В предыдущих параграфах мы рассмотрели газовый состав атмосферы. Однако в ней также содержатся твердые и жидкие компоненты, которые могут иметь значительное воздействие на распространение электромагнитного излучения. Эти компоненты обычно обладают гораздо большей изменчивостью в пространстве и времени по сравнению с газовыми компонентами, поэтому их описание сложнее. В данном параграфе мы обсудим аэрозоли, а в следующем — большие частицы льда и воды, входящие в состав тумана, облаков, дождя и снега.

Аэрозоли (атмосферная мгла, дымка) представляют собой суспензии, состоящие из очень маленьких твердых частиц или жидких капелек радиусом от 10 нм до 10 мкм. Их можно считать как бы взвешенными в атмосфере, так как скорость, с которой они падают под действием силы тяжести, очень мала из-за их небольшого размера. Например, частица с радиусом 1 мкм будет падать со скоростью около 10^-4 м/с, а это значит, что при абсолютно неподвижном воздухе потребуется 100 суток, чтобы частица опустилась на 1 км.

Большая часть аэрозолей обнаруживается в граничном слое атмосферы на уровне единиц километров или около того, где преобладающим видом движений является ветровая турбулентность и конвекция¹⁶. Это указывает на то, что аэрозоли образуются главным образом на поверхности Земли, представляя собой, например, поднимающиеся вверх твердые микроскопические частицы пыли или капельки воды с поверхности океана. Следовательно, типы и размеры аэрозолей очень сильно зависят от местных метеорологических условий и от местного характера земной поверхности — городская, сельская, океаническая, вулканическая и т. д. Для излучения в видимом диапазоне длин волн (примерно 0,55 мкм) коэффициент ослабления на уровне моря лежит обычно между 0,05 и 0,5 км^-1, а общая (вертикальная) оптическая толщина тропосферной аэрозоли составляет величину от 0,1 до 1. Если мы сравним эти значения с оптической толщиной для газов, которая согласно рис. 4.5 при длине волны 0,55 мкм составляет 0,2, то увидим, что аэрозольная составляющая оказывает существенное влияние на распространение излучения в атмосфере.

Коэффициент ослабления в аэрозоли на оптических и инфракрасных длинах волн в большей степени связан с рассеянием, чем с поглощением. Зависимость коэффициента ослабления от длины волны обычно выражается уравнением Ангстрема: