WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 17 |

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

-- [ Страница 5 ] --

Выще не учитывалось в явном виде многократное рассеяние нисходящего потока излучения на облачных частицах. На самом деле в плотных облаках в тех частотных диапазонах, в которых относительная роль рассеяния велика, это необходимо делать. Учесть это, манипулируя лишь показателем ослабления а(Х), невозможно, необходим более сложный расчет многократного рассеяния излучения на частицах облаков или туманов.

Сравнивая ослабление излучения в облаках или туманах в различных участках спектра, можно получить сведения об их структуре, прежде всего об их водности.

При дистанционном исследовании облаков с Земли важно выделить их излучение на фоне излучения атмосферы или на фоне выше лежащих облаков.

В последнем случае значительно сложнее выделить собственное излучение (температуру) исследуемого облака, так как, во-первых, температурный корпраст между облаками одного яруса (и даже соседних), распределенных по высоте нижней границы, значительно меньше, чем контраст облака на чистом небе. Во-вторых, если исследуемое облако достаточно оптически прозрачно, то к его собственному излучению будет добавляться излучение выше лежащего облака, прошедшее через первое.

Поэтому для достоверного измерения яркостной (радиационной) температуры исследуемого облака (его нижней границы) необходимы дополнительные сведения о «фоне» (температура, его температурная равномерность, высота нижней границы).

Рассмотрим количественные характеристики ИК-излучения, принимаемого наземным измерительным прибором (радиометром). При этом будем оперировать с яркостными температурами TL В приближении, которое содержится в выражении (1.54).

Для системы земная поверхность - облако - атмосфера (рис. 1.8) имеем следующие энергетические потоки и составляющие яркостной температуры.

1. Нисходящее ИК-излучение всей атмосферы. Каждый единичный (по высоте) слой атмосферы, находящийся на высоте z, формирует поток излучения вниз, эквивалентный составляющей яркостной температуры:

где T(z) - вертикальный профиль температуры;

После интегрирования всех единичных слоев, расположенных на всех высотах, от О до НА, где НА - толщина активной атмосферы (тропосфера), имеем:

2. Составляющая яркостной температуры, эквивалентная дважды отраженному излечению всей атмосферы поверхностью земли и нижней прохождения подоблачного слоя атмосферы:

где Ти - яркостная температура атмосферы; рз (X) - спектральный расположенной на высоте НцгСоставляющая температуры, эквивалентная нисходящему излучению непосредственно облака, находящегося на высоте Ннг и толщиной h = Нвг - Ннг, прощедщего подоблачный слой атмосферы, будет определяться:

где аатм(Х,г) - спектральный показатель ослабления атмосферы;

спектральный показатель ослабления в облаке; T(z) - температурный профиль облака.

эквивалентное составляющей яркостной температуры з(Щз, которое после отражения от нижней границы облака и претерпев ослабление в результате двойного прохождения подоблачного слоя атмосферы составляющая температуры будет определяться:

где з(1) - спектральный коэффициент излучения земной поверхности; Тз термодинамическая температура этой поверхности.

5. Восходящее тепловое излучение подоблачного слоя атмосферы, отраженное облаком вниз к наблюдателю. Составляющая температуры, эквивалентная этому излучению, будет равна:

6. Нисходящее излечение подоблачного слоя. Составляющая температуры будет определяться:

7. Излучение атмосферы, падающее на верхнюю границу облака, а также отраженное от нее излучение не вносят вклад в измеряемую радиометром температуру, эквивалентную нисходящему ИК-шлучению.

Однако, как говорилось выще, если исследуемое облако оптически прозрачно и «подсвечено» сверху другим облаком, излучение которого только частично отражается и поглощается первым облаком, то в этом случае нужно учесть составляющую температуры, эквивалентную излучению верхнего облака, прошедшему через искомое:

где Тво - яркостная температура выше лежащего облака;

спектральный коэффициент отражения верхней границы исследуемого облака; Нво - высота выше лежащего облака.

8. В случае, когда исследуется оптически полупрозрачное облако на фоне высокотемпературного источника, например. Солнца, составляющая яркостной температуры, эквивалентная излучению Солнца, прошедшему через исследуемое облако, будет равна:

где С - солнечная постоянная на высоте Н'д (С = 1367 Вт/м [58]).

Все перечисленные выше слагаемые 1 - 8 в тех или иных случаях составляют правую часть уравнения для яркостной температуры, эквивалентной инфракрасному излучению, принимаемому наземным измерительным комплексом.

Следует отметить, что в последнем случае излучение от Солнца будет поглощаться на больших высотах еще и озоном, поэтому при определении суммарного спектрального показателя ослабления излучения необходимо учесть эту составляющую показателя ослабления, причем Н'д - высота верхней гранищ1 атмосферы.

При определении характеристик атмосферы полезная информация заключена в первом, третьем, щестом, седьмом и восьмом слагаемых яркостной температуры нисходящего ИК-излучения. Мешающими факторами являются второе, четвертое и пятое слагаемые, влияние которых оценивается и учитывается на основе предварительных теоретических и длительных экспериментальных исследований.

1,4. Влияние облачности на перенос радиации в атмосфере 1.4.1. Некоторые статистические характеристики поля нисходящего излучения при наличии облаков различных форм атмосферы в последнее время значительно возрос интерес к изучению метеопараметрами атмосферы. Расчеты статистических характеристик поверхностей, проведенные на основе данных метеорологических спутников, показали, что различные типы подстилающих поверхностей облаков отличаются по величине математического ожидания и дисперсии.





Однако для «окна прозрачности» атмосферы 8-14 мкм все еще термодинамическими параметрами атмосферы при наличии различных статистические характеристики излучения облачности различных форм по данным наземных измерений нисходящего излучения.

Учет влияния случайных вариаций параметров облачности на изменчивость радиационного поля атмосферы представляется чрезвычайно микроструктуре, геометрических размерах, излучающих и отражающих свойствах, высоте, конфигурации границ и температурном поле внутри облака. Отсутствие одновременных измерений радиационных свойств облаков и некоторых из вышеуказанных параметров облака затрудняет рещение данной задачи.

До некоторой степени этот пробел должны были восполнить Госкомгидромега в течение 1970-1974г.г. В этой работе одновременно с определялись вертикальные профили температуры и влажности, были использованы светолокационные средства, при помощи которых регистрировалась высота нижней границы облаков. Анализ данных, полученных в этих экспериментах, позволил сделать некоторые выводы о термодинамическими параметрами атмосферы. Измерения проводились в средних широтах для всех сезонов года. Это позволило выявить для отдельных форм облаков некоторые сезонные и среднегодовые изменения.

По результатам измерений противоизлучения атмосферы при наличии облаков различных форм рассчитаны средние величины энергетических яркостей нисходящего излучения L, их абсолютные о и относительные v отклонения, коэффициенты корреляции интенсивностей излучения с темнературой ги, высотой нижней границы облаков rL,H и общим влагосодержанием атмосферы r^R.

Для расчета использовались обычные соотношения:

где I, - измеряемая величина интенсивности нисходящего излучения атмосферы при наличии одного типа облаков;

iV- число случаев с облаками одного типа;

X - значения температуры Т, высоты нижней границы облаков Н, или общего влагосодержания атмосферы R.

На рис. 1.9(а,б) представлены гистограммы распределения измеренных величин интенсивности направленного вишз излучения атмосферы при наличии облаков различных форм (St, Sc, Ac, Си med). Для построения выбраны облака с общим числом случаев наблюдения, превыщающим 20. Из данных, представленных на рис. 1.9(а,б), следует, что для облаков нижнего яруса, имеющих сравнительно однородную поверхность нижней гранищ1, распределение близко к нормальному с модальным значением, соответствующим 3,45 мВт/см^хтер для слоистокучевых облаков и 3,55 мВт/см^хтер для слоистых облаков. Кроме того, нормальное распределение интенсивности нисходящего излучения для облаков нижнего яруса объясняется, по-видимому, особенностью сезонного хода повторяемости Sc и St.

В летний период эти типы облаков нами наблюдались чаще, чем весной или осенью. Для высококучевых Ас и облаков вертикального развития Си med наблюдается сложное нормальное распределение 1шсходящего излучения с двумя-тремя максимумами. Так, для Си med максимальное число случаев приходится на величину интенсивностей 2, мВт/см "стер, 3,15 мВт/см -стер и 3,55 мВт/см *стер. По-видимому, это связано с сезонным ходом интенсивности нисходящего излучения, а также с физическими особенностями строения кучевых облаков.

Рис, 1.9. Гистограммы распределения измеренных величин интенсивностей нисходящего излучения атмосферы при наличии облаков Последнее обстоятельство проиллюстрированного гистограммами, представленными на рис. 1.10(а-в) для зимнего и весеннего периодов года и облаков типа Ас, Sc, Си.

Эти гистограммы построены по данным длительных измерений интенсивности нисходящего излучения при фиксированном направлении визирования и относятся к одному облачному массиву указанного вида.

Для каждого облачного массива данные снимались с непрерывной записи противоизлучения атмосферы через 15 секунд, а затем подвергались статистической обработке. Бьши обнаружены значительные вариации пространственно-временную неоднородность излучения облака.

В таблице 1.5 приведены рассчитанные по формулам (1.55 - 1.58) статистические характеристики поля нисходящей радиации атмосферы при наличии облаков различных форм, полученные за весь период измерений:

конец весны - начало осени. (К сожалению, методика измерений, применяемая в зимнее время, не позволила получить достаточное для статистического анализа число случаев измерений противоизлучения атмосферы).

Величины I, о, V меняются в зависимости от вида облаков и сезона.

Значения интенсивностей излучения облаков нижнего яруса, полученные за весь период измерений (Sc, St, Ns), изменяются от 3,31 мВт/см^хтер до 3,64 мВт/см^хтер, среднего яруса (Ас, As) от 3,06 мВт/см^'стер до 3, мВт/см^'стер, а вертикального развития - от 2,65 до 3,48 мВт/см^'стер. Из таблицы 1.5 следует, что значения Z при слоисто-кучевых и высококучевых облаках совпадают (различие составляет приблизительно 0, мВт/см "стер, что соизмеримо с погрешностями измерений).

Рис. МО. Распределение величин противоизлучения агмисферы в % от общего числа случаев, полученных при измерении излучения одного облачного массива типа Ас (а), Sc (б), Си (в) в весенний ( ) Разница значений яркости нисходящего излучения L в летний и весенний периоды составляют 0,26 мВт/см^хтер для Sc op, 0, мВт/см^хтер для Си med.

Энергетическая яркость излучения L для кучевых облаков, как видно из таблицы 1.5, существенно меняется в зависимости от формы кучевого облака. Разность AL между значениями L для средних кучевых (Си med) и плоских кучевых облаков (Си hum) составляет 0, мВт/см^'стер, а для мощных кучевых (Си cong) и средних кучевых уже мВт/см^хтер.

Как и следовало ожидать, относительные отклонения яркостей противоизлучения атмосферы для слоистых облаков (St, Ns) и плотных слоисто-кучевых облаков (Sc op) значительно меньше, чем для слоистокучевых (Sc). Кучевые облака (Си hum, Си med, Си cong) имеют еще большие относительные флуктуапди интенсивности излучения, причем для более плотных кучевых облаков v достигает 28%.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.