Составители:
Рубрика:
Если на данной длине волны имеет место заметное поглощение, которое также дает свой
вклад в общую оптическую толщину, то следует записать: τ=τ
p
+τΠ (τΠ — вклад поглощения).
Традиционно, наряду с τ используется величина ω
0
=τ
p
/(τ
p
+τΠ) — альбедо однократного рассеяния;
τ
p
и τΠ легко выражаются через τ и ω
0
как ω
0
τ и (1-ω
0
)τ. Для значений ω
0
, близких к 1, более
удобно пользоваться величиной (1-ω
0
). Отражательная способность, или альбедо среды,
непосредственно зависит от альбедо однократного рассеяния, т.е. когда ω
0
τ« 1. При больших
значениях τ(т.е. в оптически толстых слоях при ω
0
, близком к единице, когда рассеяние значительно
сильнее поглощения), малые изменения альбедо однократного рассеяния могут приводить к
большим изменениям отражательной способности. Приведенные в табл. 8.2 значения поглощения,
рассчитанные для простого случая изотропного рассеяния в слое с бесконечной оптической
толщиной при зенитном угле падающего излучения 18
0
, призваны проиллюстрировать это
утверждение:
Таблица 8.2
ω
0
… 1 0,9999 0,9995 0,999 0,995 0,99
α
, %
…0 1 2,2 3,2 7,110,0
Поглощение в бесконечно толстом изотропно рассеивающем слое может быть легко
выражено как
(8.1)
где H(µ
0
) — гладкая монотонная функция величины µ
0
— косинуса зенитного угла падения лучей.
Функция H(µ
0
) также в некоторой степени зависит от ω
0
, однако большая часть зависимости
поглощения α от 1-ω
0
приходится на выражение, стоящее под корнем.
Реальная облачность рассеивает радиацию не изотропно — индикатриса рассеяния
облачными каплями имеет максимум рассеянной энергии в направлениях, близких к направлению
вперед, и соответственно отличается достаточно большими (0,85) значениями параметра
асимметрии g (g=<(cosθ)>). Таким образом, некорректно непосредственно использовать
соотношение (8.1) и аналогичные ему, следующие из теории изотропного рассеяния (или из очень
близко с нею связанных диффузного метода и метода случайных траекторий). Однако численные
эксперименты полностью подтвердили предсказание теории о том, что должны существовать
масштабные соотношения, или соотношения подобия, которые позволяют приближенно
рассчитывать свойства слоя, содержащего асимметрично рассеивающие элементы (например,
капли с g=0,85), путем замены его «аналогичным» изотропно рассеивающим слоем (т.е. слоем с
почти такими же значениями отражения, пропускания и поглощения), используя при этом не
исходные значения
τ
,
ω
0
, а соответствующим образом масштабированные значения
τ′
и
ω
0
′
.
Последние связаны с исходными значениями следующими соотношениями:
В приближении геометрической оптики (λ/r→0) очевидно следующее: хотя пути фотонов
могут пролегать через каплю во всех направлениях, в случае отсутствия ослабления света все длины
этих путей должны зависеть от единого масштаба — размера капли r. Поэтому в предельном случае
слабого поглощения, когда e
-hl
∼(1-hl) (т.е. на соответствующем интервале длины пути l),
поглощенная часть падающего потока энергии πr
2
F
0
должна быть пропорциональна радиусу капли, а
поглощение облачным слоем как целым пропорционально
F
или N
-1/6.
Если при прочих
одинаковых условиях доля поглощения облаком в очень чистом океаническом воздухе (N=25 см
-3
)
составляет 20%, то при увеличении числа ядер конденсации и облачных капель до 2500 см
-3
(а такие
и даже большие значения встречаются в наиболее загрязненных городских или промышленных
шлейфах), его поглощение снизится до 9%.
Эти рассуждения верны только для оптически толстых слоев, причем в таких слоях
поглощение значительно слабее рассеяния, отдельные капли слабо поглощают, а их радиус остается
много меньше или просто меньше длины волны, они не применимы к ситуациям, в которых
высказанные ранее приближения не удовлетворяются. Однако для большинства типов облачности в
земной атмосфере и почти во всем спектре солнечного излучения эти выводы верны. Они весьма
полезны в том отношении, что полученные зависимости очень просты, и наглядно видны физические
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 161
- 162
- 163
- 164
- 165
- …
- следующая ›
- последняя »
