Физика атмосферных аэрозольных систем. Довгалюк Ю.А - 123 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

Глава 7
ОПТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ АТМОСФЕРНЫХ
АЭРОЗОЛЕЙ
7.1. Взаимодействие электромагнитного излучения с
дисперсными системами
При взаимодействии электромагнитного излучения с дисперсной системой падающее
излучение будет частично поглощаться веществом в дисперсной фазе и частично рассеиваться[103-
105].
Классическая теория рассеяния рассматривает ситуацию, когда падающее и рассеянное
излучения имеют одинаковую длину волны. Решение уравнений взаимодействия электромагнитного
излучения с однородными сферическими частицами, имеющими комплексный показатель
преломления (
χ
−=
inm
~
) и размеры порядка длины волны излучения (r ∼ λ), было получено Г.Ми
(1908 г.). Оно оказалось пригодным для расчета оптических характеристик в широком диапазоне
размеров однородных сферических частиц и изменений комплексного показателя преломления.
Известно решение для двухслойной сферической частицы, с помощью которого приближенно можно
описать рассеяние электромагнитной волны почти на любой неоднородной сферической частице.
Решения уравнений взаимодействия электромагнитного излучения с несферическими
аэрозольными частицами известны лишь для отдельных частных случаев, например для сильно
вытянутых и сильно сплюснутых эллипсоидов. Применение электронно-вычислительной техники
позволяет проводить расчеты оптических характеристик полидисперсных ансамблей сферических
частиц, которые приблизительно соответствуют реальным атмосферным аэрозолям и облачным
частицам. В случае, когда частицы близко расположены друг к другу (близость определяется в
сравнении с длиной волны излучения l
≤
1), наблюдается так называемый кооперативный эффект:
рядом находящиеся частицы рассеивают излучение как единая сложная неоднородность, а не сумма
независимых рассеивателей. При большом количестве частиц на пути луча (площадь сечения всех
частиц на пути луча удовлетворяет условию πr
2
N(r)l»1) необходимо учитывать, что первично
рассеянное излучение может снова взаимодействовать с частицами, т.е. происходит его
многократное рассеяние.
Матрицы рассеяния. В соответствии с описанием потока излучения четырьмя параметрами
Стокса (четырехкомпонентным вектор-параметром Стокса) оптические свойства рассеивателя —
частицы дисперсной системы или другого рассеивающего объекта — представляются матрицей
рассеяния, т.е. матрицей преобразования вектор-параметров Стокса падающего излучения в вектор-
параметр рассеянного излучения. Эта матрица, имеющая в общем случае 16 элементов, для частиц
Ми более проста. Для модифицированных параметров I
1
,I
2
,U,V и параметров I,Q,U,V матрица
рассеяния Ми представляется как
.
где m
+
=(m
1
+m
2
)/2; m
-
=(m
1
-m
2
)/2. Элементы этих матриц, зависящие от параметров частицы (
ρ
,
~
m
),
длины волны излучения (λ) и угла рассеяния (θ) имеют размерность дифференциального
эффективного сечения рассеяния сантиметр в квадрате на стерадиан. Элементы m
1
и m
2
равны
указанным сечениям рассеяния для излучения, поляризованного в двух взаимно перпендикулярных
(«главных») плоскостях:

Страницы