Основы теоретической атмосферной оптики. Тимофеев Ю.М - 28 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

28
2.3. Характеристики взаимодействия излучения со средой и уравнение
переноса излучения
При распространении электромагнитного излучения в вакууме его интенсивность не
изменяется. В реальных средах (в частности, в атмосферах планет и на их поверхностях)
происходят различные процессы взаимодействия излучения со средой, приводящие к
изменению его интенсивности. Основными механизмами взаимодействия излучения со
средой являются: ослабление, рассеяние, поглощение, отражение и преломление
(рефракция). К этим
процессам следует добавить генерацию излучения самой средой.
В результате взаимодействия излучения с веществом происходит его ослабление,
которое возникает из-за поглощения излучения веществом и его рассеяния в стороны от
направления распространения. Физическая природа поглощения связана с переходом
энергии излучения во внутреннюю энергию атомов и молекул атмосферного воздуха и
аэрозольных частиц. Рассеяние
излучения связано с дифракцией электромагнитных волн
на аэрозольных частицах и на флуктуациях плотности воздуха.
Пусть излучение взаимодействует с веществом в элементарным объеме dV = dS dl.
Для характеристики этого взаимодействия на основе анализа изменения энергии
излучения, проходящей через среду, вводится объемный коэффициент ослабления
α
λ
.
Определим его как относительное ослабление энергии на единицу длины. Пусть на
площадку dS, расположенную перпендикулярно к направлению распространения, падает
внутри телесного угла dΩ излучение с интенсивностью I
λ
в интервале длин волн от
λ
до
λ
+ d
λ
в течение времени dt (рис. 2.1).
Количество энергии,
падающей на площадку, будет
равно I
λ
dS dΩ d
λ
dt. Если при
распространении излучения
вдоль пути dl будет происходить
его ослабление, то на пути dl
величина ослабления энергии
будет, согласно определению
объемного коэффициента
ослабления, равна
dtdddSIdlEdldE
λ
α
α
λλλλλ
Ω
=
= . (2.3.1)
Откуда следует
dlI
dI
dtdddSdlI
dE
dlE
dE
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ
α
=
Ω
== . (2.3.2)
Величина
α
λ
имеет размерность обратной длины
1
.
Ослабление излучения, как мы отметили выше, есть сумма процессов рассеяния и
поглощения. Соответственно, ослабление энергии излучения dE
λ
складывается за счет
рассеяния dE
λ
s
и поглощения dE
λ
a
. Таким образом,
dE
λ
= dE
λ
s
+ dE
λ
a
. (2.3.3)
Подставляя (2.3.3) в (2.3.2), получим
α
λ
=
σ
λ
+ k
λ
, (2.3.4)
1
Кажется нелогичным использование для величины с такой размерностью термина «объемный»,
вместо «линейный». Однако ниже мы выясним смысл подобной терминологии.
Рис. 2.1. К определению объемного коэффициента
ослабления и выводу уравнения переноса излучения.

Страницы