WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 17 |

Величко, александр павлович разработка ик­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы москва

-- [ Страница 3 ] --

Для естественного излучения в узких спектральных интервалах прозрачности атмосферы.

происходит селективное ослабление его спектральной энергетической плотности - поглощение в полосах перманентных атмосферных газовых составляющих, селективное молекулярное и аэрозольное рассеяние.

Вследствие этого ослабление интегрального излучения отличается от закона Бугера.

Это обусловлено тем, что на начальном участке пути солнечной радиации в атмосфере, например, при прохождении одной относительной оптической массы {т = 1), из спектральной энергетической плотности исключается часть энергии путем поглощения атмосферными газами, энергетической плотности сдвигается в более длинноволновую область, чем в заатмосферном излучении. Для измененного спектрального состава излучения атмосфера оказывается более прозрачной, поскольку в нем возрастает доля длинноволновой радиации. Поэтому даже при неизменных прозрачности, определенных при различных т по формуле (1.1), появляется виртуальный ход, известный как эффект Форбса.

В табл. 1.1 приведен виртуальный ход интегрального коэффициента содержащая водяного пара и аэрозолей, т.е. сухая и чистая атмосфера).

Оптическая плотность идеальной атмосферы а(Х) является мерой оценки замутненности реальной атмосферы (фактор мутности Т), Фактор мутности, предложенный Лиьже, представляет собой число оптических плотностей идеальной атмосферы, необходимых для ослабления энергетического потока, которое происходит в реальной атмосфере:

где ар{Я)- оптическая плотность (коэффициент ослабления) реальной атмосферы; а„{Л)- оптическая плотность идеальной атмосферы, г^,,г„ соответствующие коэффициенты прозрачности.

Эффект Форбса в факторе мутности (7) проявляется существенно меньше, поскольку здесь исключается влияние на него сухой и чистой атмосферы. Виртуальный ход фактора мутности Линке обусловлен лишь селективностью поглощения водяным паром и аэрозольного рассеяния.

Для полного исключения виртуального хода Линке предложил еще один фактор мутности, в котором за единицу фактической плотности атмосферы принимается не идеальная атмосфера, а атмосфера, содержащая кроме перманентных составляющих газов водяной пар в количестве 1 г в столбе единичного сечения. Его зависимость от массы атмосферы существенно меньше и лучше характеризует фактическое изменение прозрачности атмосферы.

Оптическую плотность атмосферы а(Х) иногда называют оптической толщиной. Если при этом не оговаривается, что это оптическая толщина единичной массы атмосферы, то необходимо употреблять термин «плотность», т.к. оптической толщиной в общем случае является величина am. Определение этой оптической характеристики является корректным лишь для монохроматического излучения.

1.3. Основные радиационные характеристики облаков К основным характеристикам облаков относятся:

- высота нижней границы (Ннг);

- высота верхней границы (Нвг);

- мощность облака (Нобл = Нвг - Ннг);

- оптическая толщина облака (honr);

- водность (или ледность) (©);

- водозапас (W);

а также радиолокационные характеристики:

- интегральное и спектральное альбедо (А, А(Х,));

- пропускание;

- поглощательная способность;

- относительная излучательная способность;

- яркостная температура.

Рассмотрим некоторые из них.

Оптическая толщина.

Оптическая толщина облака Ьопт есть натуральный логарифм коэффициента направленного пропускания т облачного слоя:

где Ф^ и Ф„„- энергетические потоки на входе и выходе из облачного слоя соответственно.

Оптическая толщина облака honm в вертикальном направлении связана с показателем ослабления излучения a(z) и толщиной облака Нобл соотношением:

где а - среднее значение показателя ослабления излучения всего облака.

Например, для облаков конвективного развития оптическая толщина в вертикальном направлении можно описать эмпирическим соотношением:

Следовательно, /г„„ составляет 10 -^ 10 при мощности облака от 1 до 3 км.

В таких облаках слоистых форм, как St, Sc, оптическая толщина первоначально (до Нобл ~ 0,3 км) растет пропорщюнально Н^, затем рост замедляется. При мощности облака Нобл - 0,5 км, например, /г„^~ 20. В облаках Ns, As, Ac такую оптическую толщину имеют примерно вдвое более мощные облака, т.е. облака с Нобл- 1 км. Для облаков верхнего яруса толщиной около 1 км h^ не превосходит несколько единиц.

Водность облаков.

Водностью облаков со называют массу воды, находящейся в конденсированном состоянии в единице объема воздуха.

Если облака чисто канельные, то где р,=\О^кг/м^=\г/см^ - ПЛОТНОСТЬ воды; г, - радиус /-той капли, а суммирование производится по всем каплям единичного объема облака.

Если известна плотность распределения канель по размерам/(), то Если облако кристаллическое, то где W, - масса /-го кристалла. И здесь суммирование происходит по всем кристаллам единицы объема. Иногда величину ю^^, называют ледностью облака. Масса одного кристаллика зависит от его размеров, формы и плотности льда.

Полная водность в смешанном облаке выражением:

где соо - параметр водности, зависящий от температуры облака (для оптически плотных облаков - его нижней граьшцы); со* - некоторое минимальное значение водности, характерное для данной местности.





накопленного экспериментального материала о повторяемости значений водности облаков всех форм ф' = 0,032г/м^ - Д Я отрицательных температур;

0)' = 0,05г/л^ - для положительных температур.

Связь соо с температурой облака t°C можно задать эмпирическим соотпошением [40]:

В таблице 1.2 отражена связь соо и средней водности с температурой облака:

/"С со,г1м^ В соответствии с формулой (1.9) средние значения водности в облаках различных форм при разной температуре представлены в табл.

1.3.

Для решения ряда задач недостаточно знать зависимость средней представление о характере ее пространственной изменчивости. И если можно считать, что по горизонтали изменчивость водности носит случайный характер, то по вертикали прослеживается в среднем довольно четкая закономерность.

В слоистых и слоисто-кучевых облаках типа St, Sc толщиной Н до 600 - 700 м водность растет с высотой почти до самой верхней границы, вблизи которой она резко убывает. При большей толщине облака (Н м) водность в среднем убывает.

Ход средней водности таких облаков с высотой показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Ход средней водности в облаках St, Sc при разной температуре Аналитически такая зависимость U)(/°C,Z) хорошо описывается соотношением [40]:

Если z выражено в км, а / - в °С, то для St, Sc коэффициенты в формуле (1.11) имеют следующие значения:

Формула (1.11) и приведенные значения коэффициентов пригодны для описания средней водности при z 0,1км. В слое ниже 0,1 км средняя водность быстро уменьшается до нуля.

В слоисто-дождевых облаках типа Ns (обычно z 2км) средняя водность в слое z 0,1км слабо меняется с высотой (рис. 1.2).

В слое Z 0,1 км (О быстро уменьшается до нуля, однако при z 0,1км среднее значение водности и стандартное отклоне1ше а описывается формулой:

Здесь параметр w имеет значения, указанные выше.

Если в формуле (1.12), как и выше, t выразить в °С, az - в км, то соответствующая им аппроксимащы (1.12) характеризуют водность в 1шжней 2-кш1ометровой (капельной) части Ns.

Рис. 1.2. Ход средней водности с высотой в облаках Ns при разной В конвективном облаке характерный профиль средней водности представлен на рис. 1.3. Кривые такого рода хорошо описываются бетараспределением. Если высоту над основанием облака z выражать в долях J] мощности облака Н, т.е. ;; = z/H, а среднюю водность u){rj) в долях ее максимального значения тх = CO(TJQ), ТО Относительный уровень максимальной водности 77** 0,8. Например, для степных районов Украины т = 2,8;и = 0,57;;7о =пг/{т + п) = 0,83.

Значения 7тах зависят от мощности облака Н и от температуры нижней гранищ1 облака. Средняя водность составляет примерно четверть от максимальной.

Для грубых оценок можно принять, что средняя водность (г/м^) кучевого облака мощностью до Н = 3 км втрое меньще его мощности (км), т.е. Й;«О,ЗЯ.

Рис. 1.3. Характерные вертикальные профили средней водности в Ледностью облаков ш, называют массу воды, содержащейся в единице объема облачного воздуха в твердом состоянии (в виде кристалликов льда, снежинок, крупы). В капельных облаках ш, = 0.

Измерение ледности облаков является более сложной задачей по сравнению с измерением водности капельных облаков. Недостаток привести лишь сравнительно грубые оценки наблюдаемых значений ледности облаков. Только для облаков верхнего яруса Cs, Ci накопленные данные дают возможность построить более подробную модель. На рис. 1. приведена повторяемость ледности в перистых облаках умеренных широт уменьшается.

Рис. 1.4. Повторяемость различных значений ледности в облаках верхнего яруса в умеренных широтах при разных температурах.

Если бы из смешенных и кристаллических облаков не выпадали осадки, то ледность должна была бы быть выше водности капельных облаков при аналогичных условиях (при той же температуре на нижней граьшце и высоте над ней, при том же характере перемешивания и т.д.). В T же время имеющиеся многочисленные данные свидетельствуют о том, что ледность кристаллических облаков обычно чуть ли не на порядок ниже водности облаков в том же диапазоне температур. Для диапазона температуры -2 -^ -3°С значения ш,о увеличиваются в 1,5 раза, при -8°С уменьшаются вдвое, а при -13°С - втрое.

В отличие от водности капельных облаков ледность в среднем уменьшается с высотой, убывая почти вдвое при подъеме на 1 км над основанием облака.

Водозапас облаков Водозапасом W называется масса сконденсированной воды в столбе облачного воздуха единичного сечения. Если известно распределение водности с высотой co(z), то Вообще говоря, под сконденсированной облачной водой следует понимать воду, находящуюся в жидком (капли) и твердом (кристаллы) состояниях. Учитывая, что водозапас капельной воды в облаках имеет самостоятельное значение при рассмотрении ряда практически важных проблем, связанных с активными воздействиями, поглощением электромагнитного излучения и др., ниже приводятся некоторые статистические данные о рассчитанных водозапасах именно капельной воды в облаках.

Слоистые и слоисто-кучевые облака.

определения водозапаса [40]:

где параметры А, Ь, а, имеют значения такие же, как и для формулы (1.11), а f и Я - температура (°С) на нижней границе и толщина (км) облаков соответственно. На рис. 1.5 приведена зависимость W(t,H).

Рис. 1.5. Диаграмма водозапаса капельных облаков St, Sc.

Слоисто-дождевые облака.

Для капельной части Ns мощностью Н (км) водозапас облаков определяется по формуле:

W = АН{1 + Ь^1 + Ь/){\ + 0,5щН + 0,ЗЗа2Н^), где параметры А, bj, а, имеют значения такие же, как и для формулы (1.12).

Диаграмма зависимости И^^Г.Я^ представлена на рис. 1.6.

Нкм Рис. 1.6. Диаграмма водозанаса капельной части облаков Ns.

Конвективные облака.

Для конвективных облаков, учитывая формулу 1.14, имеем:

где В(х,у) и Г(х) - бета- и гамма-функции соответственно; щ - т/(т+п) уровень максимального значения средней по сечению облака водности.

В соответствии с водностью аналогичных облаков их водозапас равен примерно четвертой части произведения максимальной по сечению водности на его мощность. Легко проверить, что такое значение W в точности совпадает с его значением, измеряемым в миллиметрах осажденной воды:



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 17 |
 


Похожие работы:

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.