§ 2.2. Прохождение излучения через атмосферу

относительной влажности и длине трассы. Количество осажденной воды характеризуется толщиной слоя жидкости, образовавшейся при конденсации паров в цилиндре, длина которого равна длине трассы. Удобной характеристикой влажности атмосферы становит­ ся п р и в е д е н н а я т о л щ и н а с л о я осажденной воды на километр трассы со' (см/км).

Величина со' связана с плотностью жидкой воды р, относи­ тельной влажностью / и абсолютной влажностью насыщенных паров ан соотношением со' = aj/p- Поскольку плотность воды примерно постоянна и равна 1 г/см2, то

со' = 10бан/ (см/км).

Полное количество осажденной воды на трассе выражается в сантиметрах. Если абсолютная и относительная влажность на трассе постоянны, то значение со получают умножением со' (см/км) на длину трассы LT (км).

Для нахождения абсолютной влажности насыщенного пара можно воспользоваться рис. 2.7.

т

1 -

"V

Влияние озона на пропускание атмосферы необходимо учиты­ вать в основном при определении характеристик трасс, проходя­ щих в стратосфере.

Поток излучения в процессе распространения в атмосфере ослабляется не только за счет поглощения, но и за счет рассеива­ ния на молекулах воздуха и на частицах различных примесей, всегда присутствующих в его составе. По своему составу эти при­ меси чрезвычайно разнообразны. В основном это пыль, дым, часстицы растений, бактерии, капли воды, кристаллики льда, различ­ ные органические остатки, поднятые ветром с поверхности Земли.

Рассеяние молекулами, аэрозолями, туманом, дымкой и обла­ ками можно объяснить с помощью теории рассеивания Ми, спра­ ведливой как для рассеивания на малых частицах, размер которых значительно меньше длины волны (релеевское рассеивание), так и для рассеивания на больших частицах, размер которых значи­ тельно больше длины волны. В общем случае ослабление пучка излучения за счет рассеивания можно выразить соотношением

где / 0 — сила излучения источника; kp — коэффициент ослабления рассеиванием — коэффициент рассеивания.

Экспоненциальный закон справедлив, строго говоря, так же как и в случае поглощения, только для монохроматического излу­ чения, распространяющегося в макрооднородной среде. Однако коэффициент рассеивания в общем случае изменяется по спектру медленно, что позволяет использовать выражение (2 . 11) для расче­ тов ослабления излучения в конечных спектральных интервалах.

Когда диаметр рассеивающихся частиц меньше длины волны излучения (релеевское рассеивание), kp ~ Аг4. В основном этот вид рассеивания существен в видимой и ближней инфракрасной области (X < 2 мкм). Голубой цвет неба является следствием боль­ шого количества рассеянного света в голубом конце видимого спектра. Красный цвет заходящего солнца, в видимом спектре которого за счет рассеивания ослаблена голубая часть, объяс­ няется тем же.

Согласно теории Ми по мере приближения размера длины волны к размеру неоднородности функция рассеивания частиц значительно усложняется. В кривых рассеивания, построенных в функции от длины волны, часто наблюдаются многочисленные небольшие максимумы и минимумы. Однако в целом спектральная

Таким образом, если коэффициент пропускания атмосферой монохрома­ тического потока излучения с учетом

аэрозольного и примесного рассеива­ ния зависит от длины волны излучения и метеорологической даль­ ности видимости /.

Метеорологическая дальность видимости характеризует замутненность атмосферы и представляет собой наибольшую даль­ ность видимости днем темных предметов с угловыми размерами, большими 30', проектирующимися на фоне неба у горизонта (табл. 2 .2).

На рис. 2.14 приведен график экспериментально определенных значений тр. э при различных X и L

Чтобы оценить поглощение атмосферой когерентного излучения лазеров, необходимо с высокой точностью знать положение линий в спектрах атмосферных газов, ибо ширина линии источника в этом случае мала. На рис. 2.15 приведен тонкий спектр молекуляр­ ного поглощения солнечного излучения, в диапазоне длин волн рубинового лазера (0,6934— 0,6943 мкм). Там же дана шкала тем­ ператур кристалла, обеспечивающая настройку лазера в спек­ тральном интервале.

Особенностью использования лазеров в составе оптико-элек­ тронных приборов является то, что при конструировании прибора, предназначенного для работы в атмосфере, выбирают лазер с дли­ ной волны, лежащей в окне прозрачности. В этом случае затухание потока излучения почти полностью определяется рассеиванием.

Рнс. 2.15. Спектр молекулярного поглощения солнечного излучения в диапазоне длин волн рубинового лазера и соответствующие значения температуры кристалла

Высокая монохроматичность излучения позволяет использовать для расчетов закон Бугера— Беера

Ф* = Ф*о exp (— ocLT),

где а — показатель затухания, км"1.

П о к а з а т е л ь з а т у х а н и я связан с метеорологиче­ скими параметрами атмосферы, которые меняются во времени и пространстве. Обычно показатель затухания а определяют, учитывая его корреляцию с метеорологической дальностью види­