Составители:
Рубрика:
некоторых областях спектра очень интенсивно поглощают падающее излучение, так что оно может
не дойти до измерительного прибора. Во-вторых, не всегда возможно корректное разделение
молекулярных и аэрозольных характеристик по данным экспериментальных измерений.
Часто измеряются не просто оптические характеристики аэрозолей, а величины, зависящие от
геометрии эксперимента, многократности рассеяния излучения на аэрозольных частицах, от альбедо
поверхности тел, входящих в схему эксперимента. Например, при измерениях с космических
кораблей очень велико влияние альбедо поверхности Земли.
Предположим, что мы сумели получить данные в виде коэффициентов аэрозольного
ослабления, рассеяния и поглощения радиации или элементов матрицы рассеяния, например,
индикатрисы рассеяния или степени поляризации. Первый вопрос, который встает при решении
обратной задачи по таким данным, состоит в том, есть ли какая-нибудь информация о свойствах
рассеивающего вещества в этих данных. Очевидно, что на этот вопрос можно ответить, рассчитав
эти характеристики для разных частиц.
Для коэффициентов аэрозольного ослабления, рассеяния и поглощения радиации наиболее
важной характеристикой частиц является их размер. Если частицы очень большие (r » λ), то на них
будет ослабляться, рассеиваться или поглощаться количество фотонов, пропорциональное площади
поперечного сечения частиц (для коэффициента ослабления эта величина равна 2πr
2
), независимо от
длины волны излучения. Для очень маленьких частиц (r « λ) эффективность ослабления, рассеяния и
поглощения радиации частицей резко падает с уменьшением отношения радиуса частицы к длине
волны падающего излучения, когда частицы переходят в рэлеевскую область, т.е. вклад таких частиц
в общее ослабление и рассеяние радиации обычно очень мал. Для частиц с размерами
приблизительно того же порядка, что и длина волны падающего излучения, наблюдается высокая
эффективность взаимодействия фотонов с частицей. Расчеты факторов эффективности ослабления,
рассеяния и поглощения радиации (коэффициента, на который необходимо домножить площадь
поперечного сечения частиц) проводятся по формулам Ми. На рис. 7.10 показаны примеры
результатов таких расчетов для сферических прозрачных частиц с разными показателями
преломления (n) (рис. 7.10,а) и для водных частиц на разных длинах волн (рис. 7.10,б: 1 — 3 — для
λ=6 мкм,
m
~
=1,324(1-0,1016i); 4 — 6 — для λ=4 мкм
m
~
=1,388(1-0,0011i)). Принципиальное
значение имеет тот факт, что частицы с большим показателем преломления выходят из рэлеевской
области раньше.
Рассмотрим некоторые из методов решения обратных задач.
Метод спектральной прозрачности. Представим себе, что мы можем менять величину
отношения радиуса частицы к длине волны падающего излучения. Если площадь поперечного
сечения частиц постоянна, то это можно делать, меняя длину волны излучения. Очевидно, что резкое
уменьшение значений коэффициентов ослабления, рассеяния и поглощения радиации этими
частицами будет говорить об их переходе в рэлеевскую область (при неизменности величины
показателя преломления вещества частиц на всех длинах волн), а наличие максимума — о том, что
эффективный размер частиц примерно равен длине волны излучения. Для оценки размеров частиц
необходимо также произвести измерения в той области длин волн, где относительные их размеры
уже достаточно велики. Для зондирования атмосферных аэрозолей последнее условие наиболее
трудновыполнимо, так как в области λ
≤
0,3 мкм велико молекулярное поглощение радиации.
Этот метод определения размеров частиц в полидисперсных системах с показателем
преломления вещества частиц, близким к единице (
m
~
≤
1,5), использовался К.С.Шифриным. Он
решал интегральное уравнение типа уравнения Фредгольма первого рода:
(g(νβ) — спектральная прозрачность полидисперсной системы; ν — волновое число; β=2π(
m
~
-1); f(r)
— искомая функция распределения частиц по размерам; K(y)=1-(sin2y)/y+(1-cos2y)/(2y
2
) —
поперечник рассеяния для «мягких» частиц по Ван-де-Хюлсту, y=βνr).
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 146
- 147
- 148
- 149
- 150
- …
- следующая ›
- последняя »
