Микроволновая область спектра

Хотя излучение в этой области спектра не играет заметной роли в процессах радиационного теплообмена из-за малости доли теплового излучения при длинах волн X > 100 мкм, но она важна для дистанционного (спутникового) исследования атмосферы и земной поверхности. Основным поглотителем в этой области является .

Общая постановка задач рассеяния света в атмосфере

Плоский поток солнечной радиации освещает элемент объема , содержащий одинаковых частиц. Рассеянную радиацию в телесный угол можно представить в виде:

Здесь – направленный коэффициент рассеяния.

Не нарушая общности задачи, представим

где – индикатриса рассеяния.

– зависит от микрофизических свойств рассеивающей частицы и длины волны падающего света , – размер частицы, – показатель преломления.

Таким образом,

Общий свет рассеянной объемом во все стороны получим, интегрируя по от 0 до :

Отношение к называется объемным коэффициентом рассеяния – основной характеристикой процесса рассеяния – и обозначается .

(0)

(предполагаем )

Итак, для расчета нужно знать и – индикатрису рассеяния.

Вспоминая формулу суммарного коэффициента ослабления:

мы можем записать, что .

В частности, в областях спектра, где поглощение отсутствует (окно прозрачности (0,35 – 0,8 мкм)) , имеем

т.е. ослабление света определяется целиком эффектами рассеяния (очевидно, надо учитывать рассеяние и газовой, и аэрозольной составляющей). Напомним, что характер рассеяния определяется геометрическими характеристиками задачи.

Сравнительные соотношения геометрических характеристик задачи

– внутреннее строение частицы	естественные характеристики
– размер частицы
– расстояние между частицами	– А – Релей
– размер объема	– В – Ми

Условия А и В определяют два типа рассеяния света в атмосфере: молекулярное (релеевское) – А и аэрозольное (Ми) – В рассеяние.

Молекулярное (релеевское) рассеяние света

Вопрос о рассеянии света в атмосфере имеет глубокую историю и связан с выдающимися учеными, начиная с Эль-Хасана, Ньютона, Клазиуса, Брюкке, Тиндаля и др.

В настоящее время имеется две концепции молекулярного рассеяния

Они отличаются различными представлениями рассеивающего элемента среды:	I Релей 1871 г (молекула-диполь)
	II М. Смолуховский-А. Эйнштейн (начало XX века) (флуктуации плотности молекулярного масштаба)

Обе концепции сводятся к представлению явления рассеяния как взаимодействия электромагнитного излучения (например, солнечного света) с элементарным (молекулярного масштаба) объемом (молекулой (Релей) или флуктуацией плотности (Смолуховский)). Под воздействием электрического поля в рассматриваемом объеме индуцируется диполь, являющийся источником вторичного излучения той же частоты , что и в поле источника света, например солнечного излучения. Таким образом, электрическое поле в окрестности шарика выразится в виде

Здесь поле – поле, создаваемое возбужденной молекулой или флуктуацией молекул (поле диполя), а – поле солнечного излучения.

Концепция дипольного излучения верна лишь в случае . В противном случае ( ) требуется учитывать поля более высоких порядков (квадрупольное, октупольное и т.д.). В этом случае задача решается существенно труднее, в частности, теорией Ми. Объект исследования – рассеяние на аэрозолях. Возвращаясь к теории Релея, отметим, что кроме 1) условия малости частиц, предполагается, что:

2. частицы и среда – не проводники, и не содержат свободных зарядов;

3. показатель преломления не очень велик, так что ( – диаметр частицы или радиус);

4. рассеивающие частицы одинаковы и рассеивают свет одинаково и независимо друг от друга, так что эффект рассеяния частиц – просто сумма , где - эффект рассеяния одной частицы;

5. магнитная проницаемость , откуда следует, что , где – электрическая проницаемость воздуха.