Содержание
- 2. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Распространяясь в атмосфере, радиоволны ослабляются из-за потери части электромагнитной
- 3. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Особенности ослабления ЭМ излучения: При малых размерах капель (например
- 4. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Прозрачность атмосферы для различных длин волн
- 5. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Нерезонансное поглощение вызывается затратой энергии воздействующего поля на преодоление
- 6. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы В области частот, расположенных в районе резонансного поглощения молекул
- 7. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Континуум (в физике) — сплошная среда, в которой исследуются
- 8. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Пройдя в среде путь от l1 до l2, излучение
- 9. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Вывод: Поглощение электромагнитной энергии характеризуется переходом молекул из одного
- 10. Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы Значение γN характеризует форму линии поглощения в условиях отсутствия
- 12. Скачать презентацию
Слайд 2Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Распространяясь в атмосфере, радиоволны ослабляются из-за
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Распространяясь в атмосфере, радиоволны ослабляются из-за
1. Факторы ослабления излучения. Затухание электро-магнитной энергии в атмосфере.
поглощение электромагнитных волн – превращение электромагнитной энергии в тепловую (нагрев молекулы);
рассеяние электромагнитных волн – изменение частицей направления их распространения
Ослабление = поглощение + рассеяние.
Слайд 3Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Особенности ослабления ЭМ излучения:
При малых размерах
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Особенности ослабления ЭМ излучения:
При малых размерах
Снег и град при одинаковой с дождем интенсивности значительно меньше влияют на величину ослабления энергии.
При повышении температуры от 0 до 400С затухание радиоволн уменьшается более чем в три раза.
Поглощение в кислороде пропорционально квадрату давления и, следовательно, уменьшается с подъемом на высоту.
Поглощение в парах воды пропорционально влажности.
Слайд 4Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Прозрачность атмосферы для различных длин волн
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Прозрачность атмосферы для различных длин волн
Слайд 5Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Нерезонансное поглощение вызывается затратой энергии воздействующего
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Нерезонансное поглощение вызывается затратой энергии воздействующего
Нерезонансное поглощение атмосферными газами не избирательно (не селективно). Оно плавно меняется с изменением длины волны.
Резонансное поглощение атмосферными газами связано с тем, что по законам квантовой механики каждая молекула того или иного вещества может поглощать (или излучать) только свои собственные наборы квантов энергии или соответствующие им наборы (спектры) частот.
Из всех газовых составляющих атмосферы в радиодиапазоне свои собственные наборы квантов энергии или соответствующие им наборы частот (спектры), создающие резонансное поглощение, имеют только молекулы кислорода и водяного пара.
Резонансное поглощение молекулами кислорода и водяного пара возникает вследствие того, что эти молекулы имеют дипольный момент, с которым взаимодействует электромагнитная волна.
При совпадении частоты электромагнитной волны с одной из дискретных частот внутримолекулярных переходов (эти переходя имеют строго определенный набор значений для каждого вида молекул) происходит поглощение энергии внешнего поля, в результате чего молекула переходит в более высокое энергетическое состояние. Поэтому резонансное поглощение селективно и резко усиливается в области резонансных частот.
Слайд 6Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
В области частот, расположенных в районе
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
В области частот, расположенных в районе
У кислорода резонансная область лежит вблизи длин волн 0,5 и 0,25 см (60ГГц и 120 ГГц).
У водяного пара резонансное поглощение наблюдается на длинах волн 0,16 и 1,35 см.
Сильное ослабление электромагнитного излучения в области резонансного поглощения приводит к тому, что в метеорологических радиолокаторах не используются длины волн, расположенные вблизи резонансных частот молекул кислорода и водяного пара.
На длине волны около 3 см (рабочая длина волны радиолокаторов МРЛ-2, МРЛ-5 и доплеровского радиолокатора с двойной поляризацией METEOR 50DX) удельные коэффициенты ослабления имеют следующие значения:
в кислороде удельный коэффициент ослабления равен 0,0072 дБ/км,
в водяном паре при температуре 200С и водности 1 г/м3 удельный коэффициент ослабления равен 0,00039 дБ/км.
Слайд 7Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Континуум (в физике) — сплошная среда, в
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Континуум (в физике) — сплошная среда, в
Поглощение водяным паром и кислородом
Слайд 8Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Пройдя в среде путь от l1
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Пройдя в среде путь от l1
Поглощающие свойства среды при распространении монохроматического излучения обычно учитываются известным законом Бугера. Физический смысл закона заключается в независимости поглощения (потери фотонов) от интенсивности света, проходящего через вещество:
где I0(λ), I(λ) – интенсивности излучения, численно равные
энергии монохроматического излучения длиной волны λ
в единицу времени через единицу площади поверхности
до и после прохождения слоя l1 и l2 поглощающей среды;
К(λ) – объемный коэффициент поглощения.
Физический смысл коэффициента поглощения: коэффициент поглощения численно равен обратной величине толщины слоя вещества, по прохождении которого интенсивность света уменьшается в е раз.
2. Молекулярное поглощение электромагнитной энергии.
Слайд 9Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Вывод:
Поглощение электромагнитной энергии характеризуется переходом молекул
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Вывод:
Поглощение электромагнитной энергии характеризуется переходом молекул
Свойства линий поглощения определяются тремя характеристиками:
интенсивностью S;
полушириной γ;
положением центра спектральной линии λ0 или ν0.
Форму распределения К(λ) в общем случае характеризуют:
естественной γN полушириной линии поглощения,
лоренцовой γL полушириной линии поглощения,
доплеровской γD полушириной линии поглощения (рис).
1 – Лоренцева кривая
2 – Гауссова кривая
Слайд 10Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Значение γN характеризует форму линии поглощения
Физические основы дистанционных методов измерений параметров атмосферы
Значение γN характеризует форму линии поглощения
Расширение линий поглощения γL происходит под влиянием столкновений молекул. Эти столкновения приводят к сокращению времени τ. Чем интенсивнее соударения, тем меньше время τ и тем дальше от частоты ν0 отстоят составляющие полос поглощения.
Доплеровская полуширина линий поглощения γD учитывает тепловое движение поглощающих молекул относительно источника излучения
где
Вблизи земной поверхности преобладает γL. По мере увеличения высоты величины γL и γD выравниваются, и далее преобладает γD. При стандартных условиях γD / γL =1 на высоте 7 км.