WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 17 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Как указывалось выше, для грубой оценки среднюю водность кучевого облака мощностью Н 3-4 км можно принять равной со = О,ЗН, где Я - в км, а - в г/м1 Следовательно, водозапас кучевого облака грубо МЖЮ оценить по формуле:

Здесь Я в км, а значение W в кг/м^ соответствует количеству осажденной воды в мм. Например, в 2-километровом кучевом облаке водозапас примерно равен 1,2 кг/м, что соответствует 1,2 мм осажденной воды.

Радиационные характеристики облаков Важнейшими радиационными характеристиками облаков в ИКобласти спектра являются их альбедо А (коэффициент отражения), пропускание т, поглощательная способность и относительная излучательная способность е.

Альбедо (А) какой либо поверхности - это величина, равная отношению потока отражешюй от этой поверхности радиации к падающему на нее потоку. Альбедо выражается либо в долях единицы, либо в процентах. Для облаков различают альбедо верхней границы Авг и альбедо нижней границы Анг- Именно эту величину часто измеряют в летных экспериментах для учета влияния облаков на перенос ИКизлучения в атмосфере.

В то же время если отраженный от облачного слоя поток радиации рассчитывается с учетом пропускания и многократного отражения от подстилающей поверхности, то истшшое значение альбедо [58]:

где An - альбедо подстилающей поверхности; т - измеренное пропускание облака; А - измеренное значение альбедо.

Тогда истишюе пропускание будет описываться выражением:

При А„ =0 (для абсолютно черной подстилающей поверхности) имеют место равенства:

Для облаков слоистых форм истинное альбедо и истинное пропускание связаны с их мощностью Н эмпирическими соотношениями [58]:

Удовлетворительной является и дробно-линейная аппроксимация:

где значения а, Ь, а', /'даны в табл. 1.4 для разных Я.

0,25 - 0, Эмпирические соотношения (1.23) теряют физический смысл при очень большой мощности облака Н.

Зависимость альбедо и пропускания ИК-излучения можно выразить через водозапас )^(г/м^):

Истинная поглощательная способность описывается выражением:

Относительной поглощательной способностью является величина:

Эффективная поглощательная способность облака пэфф отличается от относительной (см. формулу 1.26) знаменателем: вместо Ф | подставляют Фех (количество радиации, поступающей в облако).

, также можно связать с водозапасом:

Если неизвестны микроструктурные характеристики облаков, то в среднем можно оценить значения yi и т по толщине (мощности) облаков Н. Кроме того, определепное влияние оказывает и высота Солнца над горизонтом he [58]:

Для St и Sc среднее значение а* ~ 7,4%.

Для кучевых облаков на радиационные характеристики большое влияние оказывает количество облачности («). Для полей кучевых облаков предложены аппроксимированные формулы [58] для расчета поправки альбедо за счет наличия облаков:

где АА(п) - в процентах, а « - в баллах.

Зависимость пропускания облачного слоя от п имеет вид:

где т(0) - пропускание того же слоя при отсутствии в нем облаков; а = 0,14+0,15/Н; b = 0,0034+0,0121/Н{Н-вкшом^гос). т(0) = 96,3%.

Часто при неизвестном Я используют константы а = 1,0иЬ = 0,086.

Соответственно эффективная поглощательная способность описывается выражением:

где а^фф = 5,5% (по эмпирическим данным).

Большое влияние на радиационное поле кучевой облачности оказывают размеры облаков, т.е. их высота и протяженность.

Эффективное излучение слоя облачности можно оценить по эмпирическому соотношению [58]:

где п - степень покрытия небосвода облаками в долях единицы.

выражением:

где ЩО) = иВт/м\ Вообще говоря, влияние облачности на неренос ИК-излучения определяется не только количеством облаков (п), по как было показано выше, и их мощностью (водностью или водозапасом) и высотой.

Пропускание облаков Ci уменьшается почти линейно до 50% при увеличении мощности облака до 4,5 км, остальные же облака считаются практически черными. Значения пропускания т облаков Ci, полученные на основе материалов актинометрического радиозондирования, изменяются от 0,83 до 0,20 при увеличении толщины облаков от 1,2 до 5,9 км.

Восходящие и нисходящие потоки средне- и длинноволнового ИКизлучения различаются по своему спектральному составу. Видимо, этим и объясняются также различия между пропусканием этого излучения облаками и эффективной излучательной (поглощательной) способностью, найденные для восходящего и нисходящего потоков. Для средне- и длишюволнового ИК-излучения коэффищ1ент отражения принимается равным нулю, поэтому:

где е X рассчитывается по формулам:

Эффективная излучательная способность облаков типа St, Sc, Ns, As, Си, Cb в рассматриваемой области спектра, рассчитанная по нисходящим потокам, связана с их водозапасом ^соотношением:

а рассчитанная по восходящим потокам - соотношением:

где ^^гомеряется в г/м^.

Яркостная температура облаков.

В качестве спектральной характеристики отличия инфракрасного излучения реального объекта от абсолютно черного тела (АЧТ) используется так называемая яркостная температура TL - это температура АЧТ (термодинамическая температура объекта), при которой для данной длины волны (частоты) излучательная способность АЧТ равна излучательной способности реального объекта. Если сопоставляются не спектральные, а интегральные (или в какой-либо спектральной полосе) излучательные способности реального объекта и АЧТ, то используется зондировании реального объекта яркостная и радиационная температура, регистрируемая измерительной системой, будет зависеть еще и от свойств среды прохождения Ж-из лучения (атмосферы): спектрального т^Л) и интегрального г,^ i^am,i^^)) коэффициентов пропускания среды (атмосферы) соответственно. Т.е. для поверхности излучаемого объекта:





где Е{Л)- спектральный коэффициент излучения реального объекта;

температура объекта.

Яркостная температура аддитивна по отношению к потокам излучения различного вида, а также к разным длинам волн, кроме того, ее сравнение с термодинамической температурой объекта дает представление об излучательных свойствах последнего.

Исходя из закона Планка (см. гл. 1) яркостная температура объекта, рассчитанная по спектральной плотности потока излучения Н(Л), будет равной:

Эта формула справедлива, если поверхность излучения объекта плоская, а измерению подлежит вертикально направленный поток излучения.

Какая из характеристик потока излучения измеряется, зависит от конструкции измерительной системы. Обычно в дистанционных ИКизмерительных системах сигнал излучения диафрагмируется в пределах заданного телесного угла. В других случаях, наоборот, принимаются меры к тому, чтобы воспринимались поступающие под разными углами сигналы излучения.

РПС-юлучение метеообъектов формируется в некотором слое, глубина которого зависит от физических свойств этого объекта (агрегатного состояния, температурного градиента, оптической плотности и однородности) и диапазона длин волн, в котором проводятся измерения.

Для сплошных сред (твердых и жидких) толщина излучающего слоя в ИКдиапазоне, как правило, очень мала, поэтому при измерениях принимается во внимание яркостная температура поверхности такого объекта. Для полупрозрачных сред в ИК-диапазоне, какими являются облака и туманы, толщина излучающего слоя может достигать больших значений. Более того, в некоторых случаях исследуемое облако (туман) может оказаться настолько прозрачным, что сквозь него будет проходить излучение от других объектов (Земля, Солнце, другие облака), расположенных за ним. И тогда величина измеренного излучения будет больще, чем излучение от исследуемого объекта.

Определим яркостную температуру горизонтального однородного облака, вертикальная протяженность которого (рис. 1.7) для наблюдателя, расположенного непосредственно под облаком.

На расстоянии z от нижней границы облака (т.е. в толщине облачного слоя относительно нижней границы z) выделим единичную площадку толщиной dz, перпевдикулярную к вертикали. Обозначим спектральную плотность потока излучения единичного объема облака через Ri(X, z). Нижней границь! облака достигнет только его часть [29]:

где a{X,z)- суммарный спектральный показатель ослабления излучения, учитывающий поглощение и рассеяние излучения.

Облачный слой элементарной толщины dz формирует на уровне нижней гранищ1 облака излучение:

вертикальной протяженности облака h, получим суммарный сигнал уходящего вниз излучения в единичной спектральной области Я, сформированный столбом облака единичного сечения:

в частном случае однородного по вертикали термодинамическн стащюнарного облака (а(/1)/?,(Л) = const) уравнение упрощается:

Выполнив интегрирование, получаем:

Как и следовало ожидать, при высокой прозрачности облака {а(Х)-^ 0; afXJh « 1):

в чем легко убедиться, выполнив разложение в ряд Тейлора е"^^^^ при a{X)h{{\. В Э О предельном случае суммарное излучение всех слоев облака на выходе из него арифметически складывается.

В другом крайнем случае, когда облако непрозрачное (а(Х,)—»1) т.е. облако по своим поглощательным (и, значит, по излучательным) свойствам близко к АЧТ и его яркостная температура определяется термодинамической температурой нижней поверхности этого облака.

И, наконец, в случае реального значения а(Х), но при afXJh » 1, получим излучение однородного облака, максимальное при данном значении а(Х):

При этом яркостная температура облака формируется поверхностным слоем, толщина которого имеет порядок а(Х)'' « h.

Если облако и в горизонтальной и вертикальной плоскостях однородно, то переход от излучения единичного объема к яркостной температуре осуществляется согласно формуле (1.39):

В предельном случае, если a(X)h « 1 или при реальных значениях h, но при afX)-* О, имеем:

При реальных значениях а(Х), но при a(X)h » 1, получим:

предельном случае определяется как:

Формулу (1.48) нередко записывают в виде:

где под Т понимают термодинамическую температуру однородного (по вертикали и горизонтали) облака; / - е'^^^^ = Е(Х) - спектральный коэффиплент излучения облака. На самом деле величина Т, имеющая размерность температуры, совпадает с действительной температурой (термодинамической) облака только с точностью до приближения, которое содержится в (1.50 -1.52). По излучательной способности на данной длине волны облако должно быть достаточно близко к АЧТ. Для плотных и мощных облаков это справедливо; для других случаев использовать приближение (1.52) следует с тем большей осторожностью, чем оптически прозрачнее облако.

Если облако неодхюродно по вертикали, то для яркостной температуры в соответствии с формулой (1.42) выражение имеет более сложный вид:

Эту формулу также нередко упрощают и записывают по аналогии с (1.52) в виде:

где Во всех случаях, чем прозрачнее облако в даньюм спектральном диапазоне и чем меньше его вертикальная протяженность, тем ниже его яркостная температура: Г - О при a{A)h -^ О.

Из сказанного следует, что в формулах (1.52) и (1.54) для плотных облаков можно ожидать некоторую зависимость Т = Т{Л). Учитывая, однако, что в практически важных случаях спектральная зависимость показателя ослабления а{Х) в этих формулах более весомая, принимают Т равной термодинамической температуре облака. В случаях, когда, например, сравниваются слабо различающиеся спектральные участки излучения, такое приближение оказывается недопустимым.

Еще одно ограничение применимости приведешшх соотношений связано с взаимной ролью поглощения и рассеяния излучения в облаках.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.