Составители:
Рубрика:
например, в полосе 8 ÷12 мкм, где интегральный коэффициент поглощения жидкой воды достигает
примерно 10
3
см
-1
. При типичном значении водности, составляющем 0,3
⋅
10
-8
г/см
3
, такому значению
коэффициента будет соответствовать ослабление излучения в e раз на расстоянии около 30 м. Для
облачных капель размером 3÷10 мкм рассеяние в этой области сравнимо с поглощением, однако при
уменьшении радиуса капель до 3 мкм и менее рассеяние быстро убывает. Следовательно, для
большей части теплового ИК-диапазона эффекты рассеяния высоких порядков незначительны, и во
многих задачах облака можно считать черными. Однако радиация проходит через края облаков, что
невозможно для абсолютно черных тел, и упрощения, обусловленные чернотой, не всегда
приемлемы.
Для описания однородного плоскопараллельного слоя, рассеивающего и поглощающего
излучение, необходимо задать по крайней мере оптическую толщину (τ) и альбедо однократного
рассеяния (ω
0
) слоя, а также, индикатрису рассеяния, которая описывает угловое распределение
рассеянного излучения, — p(θ) (в неоднородном слое две последние переменные будут зависеть от
местоположения в слое). Численные эксперименты показывают, что для многих задач достаточно
задавать лишь ω
0
и параметр асимметрии индикатрисы рассеяния g, который представляет собой
средний косинус угла рассеяния, взятый с весом, равным энергии рассеянного излучения:
Измерения в чистой атмосфере дают чрезвычайно малые значения коэффициента
поглощения: σ
a
≅10
-7
м
-1
и меньше, которые иногда возрастают на два порядка величины. Столь
сильное увеличение поглощения обусловлено прежде всего присутствием в атмосфере частиц
сажи[1].
При образовании облаков некоторые частицы вырастают от сотых долей до нескольких
микрон, а их сечение рассеяния увеличивается на 7 — 8 порядков величины, и они начинают
полностью определять процессы рассеяния в ближней инфракрасной и видимой областях, так что
коэффициент рассеяния σ
p
в облаке достигает величин 0,1÷0,01 м
-1
.
Таким образом, несмотря на то, что первоначально (т.е. в сухом воздухе) облачные ядра
конденсации не играют существенной роли в рассеянии радиации, их нуклеация в ходе образования
облаков существенно меняет ситуацию. Это утверждение не касается поглощения. Дело в том, что
поскольку ядра конденсации всегда присутствуют в воздухе, избыточный водяной пар (т.е. тот,
который обусловливает превышение относительной влажности над 100%) обязательно
сконденсируется, независимо от величины концентрации капель. Этот процесс может занять
несколько большее время (единицы — десятки секунд) при малой концентрации ядер конденсации,
но в любом случае соответствующий промежуток времени очень мал по сравнению с характерным
временем мезомасштабных процессов или процессов облакообразования.
Итак, будучи зависимым в основном от массы водяного пара, коротковолновое (а в
значительной степени и длинноволновое) поглощение в расчете на единицу длины пути с
практической точки зрения не испытывает сильной зависимости от концентрации капель. Тем не
менее общее поглощение в оптически толстых слоях зависит не столько от значения коэффициента
поглощения на единицу длины пути луча, сколько от отношения его к коэффициенту рассеяния на
единицу длины пути, и поэтому не следует считать, что поглощение в облаке не зависит от
концентрации капель только из-за того, что сам коэффициент поглощения на единицу длины пути в
облаке от нее не зависит, так как многократное рассеяние может усилить общее поглощение из-за
увеличения длины пути пробега фотонов.
В видимой и ближней ИК-областях для облаков характерна значительная оптическая
толщина: τ»1. Оптическую толщину легче всего определить косвенно; для этого достаточно помнить,
что величина e
-
τзадает вероятность того, что фотон, падающий по нормали к облаку, выйдет из него,
не испытав рассеяния или поглощения. Для длин волн, которые меньше размеров рассеивающих
элементов, оптическая толщина рассеяния стремится к удвоенной сумме площадей сечений всех
рассеивающих элементов на пути луча, т.е. при толщине облака h, содержащего N капель среднего
радиуса r в расчете на единицу объема, рассеивающая оптическая толщина τ
s
, характеризуемая
выражением 2π N{ r}
2
h. Детальные расчеты по теории Ми демонстрируют некоторые отклонения
от этого простого соотношения, но общий результат оказывается весьма близким к нему.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 160
- 161
- 162
- 163
- 164
- …
- следующая ›
- последняя »
