Основы теоретической атмосферной оптики. Тимофеев Ю.М - 59 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

59
давления. На рис. 3.9 приведены контуры лоренцовских линий при трех различных
давлениях.
Из рисунка видно, что с уменьшением давления
(увеличением высоты в атмосфере) происходит
сужение спектральных линий поглощения. При
этом значение коэффициента поглощения (или
излучения) в центре линии возрастает, а в
крыльях
линии
− удаленных от центра участках −
уменьшается. Эта зависимость следует из простого
анализа выражений (3.5.10) и (3.5.12).
Действительно, в центре линии при
0
ν
ν
=
,
LL
f
πα
ν
/1)(
0
= , а в крыле линии при
L
α
ν
ν
>>
−
)(
0
,
2
0
0
)(
)(
ννπ
α
ν
−
=
L
L
f .
Зависимость лоренцовского контура от давления
означает, что на каждой высоте в атмосфере линии
поглощения и излучения имеют различный контур.
Это очень важная особенность переноса излучения
в колебательно-вращательных и вращательных полосах поглощения атмосферных газов.
Лоренцовский контур достаточно хорошо описывает контур спектральных линий
вблизи их центров. Эта его особенность, а также
простота лоренцовского выражения и
являются причинами его широкого использования в атмосферной оптике. Однако в
крыльях линий этот контур очень часто плохо согласуется с экспериментальными
данными. Причем для линий поглощения разных молекул лоренцовский контур может как
завышать, так и занижать коэффициент поглощения в крыльях спектральных линий. Для
учета этих отклонений в атмосферной
оптике часто используют корректирующие
функции
χ
(
ν
), определяемые для разных молекул и полос поглощения, как правило, из
экспериментальных данных. В этом случае коэффициент поглощения в спектральной
линии аппроксимируется, например, выражением
)()()(
00
ν
ν
χ
ν
ν
ν
−
−
=
L
fSk . (3.5.15)
Выражение (3.5.10) справедливо для ИК области спектра. Для микроволновой
области спектра, где ширины вращательных линий поглощения сопоставимы по величине
с величинами
ν
0
, выражение (3.5.10) следует заменить на полный лоренцовский контур
(контур Ван Флека–Вейскопфа)
:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
++
+
+−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=−
22
0
22
0
2
0
0
)()(
1
)(
L
L
L
L
f
ανν
α
ανν
α
ν
ν
π
νν
. (3.5.16)
Легко видеть, что выражение (3.5.16) переходит в (3.5.10) при больших значениях
ν
и
ν
0
.
Так уже при
ν
= 100 см
–1
отличия между ними составляют менее 1 %.
Теория уширения спектральных линий Линдхольма (теория адиабатических
столкновений) дает более общее выражение, чем контур Лоренца:
22
0
0
)(
1
)(
L
L
L
f
αβνν
α
π
νν
+−−
=−
′
, (3.5.17)
где параметр
β
описывает сдвиг центра линии в зависимости от давления. Это явление
сдвига центров линий наблюдается для многих газов. Как и полуширина, параметр сдвига
пропорционален частоте соударений молекул и, следовательно, давлению. Эффекты
сдвига спектральных линий могут быть существенны при рассмотрении переноса
Рис. 3.9. Контуры лоренцовских линий
при трех различных давлениях.

Страницы