Атмосфера

Атмосфера представляет собой механическую смесь газов, паров и мельчайших твердых и жидких частиц, находящихся во взвешенном состоянии. В ней всегда присутствует пыль, дым, капельки воды, кристаллики льда и т.п. (такая смесь называется аэрозолем). На распространение оптического излучения, в основном, влияют: вода в газовой и жидкой фазах, углекислый газ, озон, а также аэрозоль. Количество этих компонентов различно на разных высотах, в разных географических районах и зависит от метеоусловий. Наиболее сильное влияние атмосферы на распространение оптического излучения оказывает нижний слой атмосферы, в котором содержится большое количество воды, пыли и т.д.
Воздействие атмосферы сводится к ослаблению энергии излучения, флуктуациям амплитуды и фазы волны, изменениям поляризации и т.д., а также ухудшению углового и временного разрешения сигналов
Сложность и многообразие процесса распространения излучения в атмосфере исключают возможность создания подробного теоретического описания данного явления и приводят к необходимости использования наиболее общих положений и законов теории в сочетании с известными экспериментальными данными для определения количественных характеристик ослабления лучистой энергии в атмосфере.
Ослабление излучения атмосферой происходит в общем случае как из-за поглощения, так и рассеяния энергии излучения. Поглощение энергии происходит на молекулах газа только на длинах волн, равных или кратных резонансным длинам волн колебательных движений молекул. Следовательно, поглощение является селективным, приходящимся на сравнительно узкие участки спектра- полосы поглощения молекул газов, входящих в состав атмосферы. Поглощение оптического излучения определяется показателем поглощения σп (км-1), характеризующим поглощение излучения на единице пути распространения.
Рассеянию подвержено излучение на всех длинах волн. Оно связано с неоднородностью оптических свойств компонент атмосферы и может быть разделено на два типа: молекулярное (релеевское) и аэрозольное. Молекулярное рассеяние происходит на частицах атмосферы, размер которых меньше длины волны излучения, а аэрозольное – на частицах, размеры которых намного превышают длину волны излучения.

Рассеяние определяется двумя параметрами: показателем рассеяния σP(км-1) и индикатрисой рассеяния β(ϕ). Индикатриса рассеяния характеризует относительное распределение энергии в зависимости от углового направления. При молекулярном рассеянии индикатриса рассеяния симметрична относительно первичного луча и в перпендикулярном ему направлении. Индикатриса имеет максимумы в направлении распространения луча (ϕ=0) и в противоположном направлении (ϕ=π); в обратном направлении отбрасывается примерно столько же энергии, сколько проходит вперед. С увеличением размеров рассеивающих частиц индикатриса рассеяния вытягивается по направлению падения луча.
При этом действие каждой составляющей общего ослабления излучения атмосферой может быть описано законом Бугера-Бера:

Релеевское рассеяние оптического сигнала в атмосфере
Энергетические потери оптического сигнала из-за аэрозольного и молекулярного (релеевского) рассеяния являются одним из главных факторов, определяющих искажение сигнала. Из теории молекулярного (релеевского) рассеяния света следует следующее выражение для коэффициента рассеяния в газах:
N-число молекул в единице объема;
n-показатель преломления среды;
λ- длина волны излучения;
δ- фактор деполяризации рассеянного излучения, равный 0,035.

Спектр пространственных частот G(v) (мкВт/см2·ср2·град) ясного неба в областях 1,8…2,5 мкм (1) и 4,5…5,2 мкм (2).

*

*