Исследование прозрачности атмосферы в горных условиях в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитных волн

• Автор: Зашакуев, Заур Тимурович
• Шифр специальности: 25.00.30
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ

1.1 Основные факторы, определяющие особенности распространения ультрафиолетового излучение в горах

1.1.1 Поглощение озоном, находящемся в атмосфере

1.1.2 Поглощение аэрозольными образованиями, находящимися в атмосфере.

1.2 Физические модели пропускания атмосферы в ультрафиолетовом диапазоне спектра

1.2.1 Вычисление минимального уровня сигнала Wc min

1.3 Коэффициент ослабления ультрафиолетового излучения атмосферой.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2 ОЦЕНКА СПЕКТРАЛЬНОЙ ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕРЫ В
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ
2.1 Климатические особенности горной местности
2.2 Геофизические модели атмосферы для заданного региона
2.3 Особенности оценки спектральной прозрачности атмосферы в ультрафиолетовом диапазоне длин волн
2.4 Оценка прозрачности атмосферы в ультрафиолетовом диапазоне
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ИХ РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1 Актуальность выполнения работ
3.2 Условия проведения экспериментальных работ
3.3 Состав и характеристики используемой аппаратуры
3.4 Программа-методика проведения экспериментальных работ
3.4.1 Назначение
3.4.2 Цели и место проведения экспериментальных работ
3.4.3 Методы проведение экспериментальных работ
3.4.4 Представление и обработка данных
3.4.5 Оцениваемые показатели и расчетные соотношения
3.4.6 Требования к квалификации обслуживающего персонала
3.5 Проведение испытаний
3.6 Изучение интенсивности УФ излучения от эталонных источников излучения сквозь облачный покров и при чистой атмосфере с различных позиций в горной местности
3.7 Анализ результатов испытаний
3.8 Исследование фоново-целевой обстановки в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитных волн в горных условиях
3.9 Проведение экспериментальных работ по выявлению общих закономерностей и особенностей распространения УФ излучения
в горной местности
3.10 Анализ проведенных измерений в облаке
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Проблема прозрачности атмосферы является, по-существу, основной проблемой оптики атмосферы. Историческое развитие этой проблемы выдвинуло ряд вопросов, превратившихся затем в кардинальные области физики как, например, молекулярное рассеяние света [1].
Важность исследования прозрачности атмосферы общеизвестна и связана с возникшей необходимостью практического использования ультрафиолетового (УФ) спектрального диапазона. Нужды авиации, метеорологии, астрономии, космической физики и ряда других областей науки и техники неразрывно связаны с этой проблемой. В последнее время появились отдельные образцы военной техники, например пеленгаторы ракет, работающие в солнечно слепой части спектра [2-7].
Большой интерес представляет чисто физическая сторона проблемы. Исследование спектра поглощения атмосферы является мощным орудием исследования самой поглощающей среды [8-10].
Однако, несмотря на почти двухсотлетнюю историю исследований прозрачности атмосферы, вопрос еще далек до полного разрешения. До сих пор, еще очень мало данных о прозрачности верхних слоев атмосферы [11, 12], мало исследована оптическая роль некоторых ее компонент, не разработаны до конца методы экстинкционного анализа атмосферы, недостаточно исследована прозрачность воздуха в очень больших толщах и т. д. [13-17].
УФ диапазон ранее был исследован поверхностно и первые же практические работы в нем показали, что принятая официально в настоящее время модель поглощения не соответствует полученным экспериментальным результатам [18, 19].
Одной из причин, тормозящих развитие этого раздела атмосферной оптики, является преждевременное низведение его в силу необходимости до уровня прикладной области, выполняющей узкослужебную роль, и порою из-за

Из рисунка 8 видно, что максимальное значение концентрации аэрозолей Иаэр не превышает 500-700 в кубическом сантиметре. Обычное значение Маэр вблизи поверхности Земли составляет 500-100 см'3 [79]. Такого количества аэрозолей оказывается достаточно, чтобы изменить оптические свойства атмосферы. Например, в тумане число водяных капель составляет порядка 400 см"3, а такое количество, как видно из рисунка 8, увеличивает коэффициент ослабления з(А.) в видимом диапазоне спектра почти на два порядка. Характерный радиус капель тумана примерно 5-7 мкм.
Рассеяние на частицах большого размера описывается теорией Ми [80, 81]. Отметим самое основное в этой теории.
Вводится фактор эффективности рассеяния К(а); он показывает, во сколько раз эффективное сечение рассеяния одной частицей больше ее геометрического сечения. Показатель ослабления имеет вид
э = к(а)тгг2Маэр, (1.16)
где Маэр - концентрация аэрозолей; а = 2яг/А,.
Кроме размеров частиц, К(а) зависит от показателя преломления вещества п(А,), формы частицы и некоторых других причин. Зависимость К(7) для сферических частиц с показателями преломления п = 1,33 (водяные капли) и 1,5 показана на рисунке 9.
График функции К(а) проходит через начало координат: при а = 0, т.е. г = 0, частиц нет, ослабление не происходит. Затем быстрый рост К(а) в области малых а (г<7) соответствует области применимости закона Рэлея: 1рас(а) ~ Далее рост К(А.) замедляется и К(а) достигает первого максимума. В случае воды с п = 1,33 максимум имеет место при а ~ 4,1, т.е. тогда, когда г ~ X. Т.е. при фиксированной концентрации аэрозолей ослабление максимально для частиц, радиус которых г ~ X.