Влияние атмосферы на распространение инфракрасного излучения

Атмосфера Земли состоит в основном из азота, кислорода, водяного пара, углекислого газа (двуокиси углерода), метана, закиси азота, окиси углерода и озона. В механической смеси этих газов находятся твердые и жидкие включения - мельчайшие частицы во взвешенном состоянии. Частицы распределены случайно и имеют различный химический состав, а размеры их колеблются от 10 -7 до 10 -1 см. Эти включения в атмосфере представляют собой частицы дыма, водяные капли, пыль земли, частицы углерода, кристаллики льда, частицы солей, а также бактерии, пыльца растений и т.д. Совокупность водяных капель и твердых частиц вызывает значительное ослабление излучения [1].

Процентный состав основных газов атмосферы остается почти постоянным до высот 25…30 км. Однако в атмосфере, содержащей водяной пар, процентное содержание газов меняется в зависимости от его количества. В диапазоне высот до 12 км основную роль в поглощении излучения играют молекулы углекислого газа и водяных паров. Концентрация водяных паров в зависимости от температуры и влажности воздуха в атмосфере колеблется в пределах 10-3 - 4% (по объему). Концентрация водяного пара зависит также от географического расположения, высоты, времени года и местных метеорологических условий. С увеличением высоты процентное содержание водяного пара резко убывает из-за влияния низких температур и процессов конденсации, а также вследствие удаления поверхности, из которой происходит испарение.

Концентрация углекислого газа изменяется от 0,03 до 0,05%. Причем меньший предел соответствует незагрязненному сельскому воздуху, а верхний - атмосфере над городами. Этот газ, являясь продуктом жизнедеятельности органической природы, имеет более высокую концентрацию над массивами, покрытыми растительностью, чем, например, над океаном. На больших высотах (до 25…30 км) концентрация более равномерная вследствие более полного вертикального перемешивания атмосферы.

Концентрация метана в атмосфере колеблется от до % и равномерно изменяется с изменением высоты. Закись азота (N2O) имеет концентрацию …%, окись углерода - %. Эти две составляющие атмосферы оказывают влияние на поглощение излучения на больших расстояниях. Концентрация озона (О3) на высоте около 30 км более %, в нижних слоях атмосферы - от до %, а на высоте 65 …70 км озон почти отсутствует.

Твердые и жидкие включения замутняют атмосферу и участвуют в образовании облаков и тумана, являясь ядрами конденсации водяных паров. На больших высотах главной причиной помутнения атмосферы являются наземная пыль, дым, бактерии, соли и гидрометеоры. В относительно прозрачном сельском воздухе содержится до 0,00025 г. пыли в 1 см3. В сухую ясную погоду в 1 см3 воздуха содержится до 130000 пылинок, после дождя их количество уменьшается до 32 000…30 000, а над водной поверхностью еще более, достигая 1200…800 на расстояниях 19…20 км от берега. В городах пыль и дым промышленных предприятий сильнее замутняют атмосферу, однако эти включения, как правило, располагаются на высотах не выше 700…500 м.

Присутствие пылевых частиц в атмосфере, гидрометеоров и водяного пара значительно ослабляют интенсивность излучения в приземном слое. Причиной образования гидрометеоров является наличие в воздухе гигроскопических примесей - ядер конденсации. Ядра конденсации состоят из скоплений солей и окислов, а также частично из твердых включений. Скопления солей или окислов очень гигроскопичны и интенсивно способствуют начальному образованию капель. Дальнейший рост капель зависит от целого ряда факторов, например: скорости восходящих потоков воздуха, его температуры и скорости изменения температуры с высотой, коэффициента преобразования тепла на поверхности капли, скорости диффузии молекул растворенного вещества при непрерывной конденсации и т.д. Известно, что в водных туманах встречаются капли размером от 0,1 до 50 - 60 мкм. Большинство капель имеют размер 7 - 15 мкм при положительных температурах и 2 - 5 мкм при отрицательных. Число капель в 1 см3 воздуха равно примерно 50 - 100 для слабого тумана и 50 - 600 для сильного. Капли в облаках имеют размеры 2 - 30 мкм, а концентрация их может изменяться от 50 до 1500 на 1 см3. В дымке (очень слабом тумане) размер капель менее 1 мкм, а их число достигает 10 - 40 на 1 см3. Пропускание тумана сходно с пропусканием облаков, в частности, от туманов и облаков хорошо отражается солнечный свет. Туман и облака обладают избирательным поглощением.

Лучшие статьи по информатике

Технология TriplePlay
Сегодня во множестве источников можно узнать, что мировая телекоммуникационная отрасль находится в состоянии грандиозной реконструкции, связанной с конверге ...

Приборы общего и специального назначения со встроенными микропроцессорами для измерения физических величин
Микропроцессорная техника получает все большее применение в приборостроении. Применение микропроцессоров (МП) преобразует измерительные приборы в «интеллект ...

Решение производственных задач по основам метрологии и радиоизмерений
Предметом дисциплины «Метрология и радиоизмерения» является изучение основ метрологии и метрологического обеспечения, стандартизации и сертификации в област ...