Проходження випромінювання через атмосферу. Пропускання атмосферою спектральних інтервалів

Перенос випромінювання через оптичні тонкі розсіювальні середовища завжди можна достатньо точно описується приблизним рівнянням, що враховує лише однократне розсіювання. Більш щільні середовища, в яких спостерігається і поглинання, інколи також можна використовувати таке наближення.

Ослаблення випромінювання, що поширюється в середовищі, пропорційне початковій величині випромінювання, густині середовища іц пройденому випромінюванням шляху:

,

де– спектральна енергетична яскравість в точці s з координатами (х, у, z);

ρ – густина середовища (г*см^-3);

– спектральний показник ослаблення на одиницю маси.

Показник ослаблення дорівнює добутку ефективного перерізу ослаблення на одиницю маси. Звичайно вважають, що атмосфера складається з сукупності плоскопаралельних однорідних середовищ, так що спектральний показник ослаблення на одиницю маси і густини середовища ρ змінюються в просторі лише по вертикалі. Тоді рівняння переносу випромінювання записується у вигляді:

,

де – показник ослаблення світлового потоку в одиницях шляху (м^-1);

– оптична товщина ().

Випромінювання, проходячи через атмосферу, послаблюється внаслідок поглинання та розсіювання молекулами різних газів, туманом, дощем і снігом.

Поглинання обумовлено головним чином присутністю в атмосфері молекул води (Н₂О), вуглекислого газу (СО₂) та озону (О₃). Гази, що входять в основний склад атмосфери – азот (N₂), кисень (О₂) та аргон (Аr) – дають лише слабкі смуги поглинання в ІЧ області спектру.

Пари води є найбільш поглинаючою сумішшю. В залежності від температури, тиску, висоти, сезону і географічного положення вміст положення може змінюватися в широких межах. Основною мірою концентрації парів води є абсолютна вологість – маса води в грамах на 1 см³ об’єму повітря при певній температурі і тиску. Більш зручна міра – відносна вологість – відношення абсолютної вологості в цих же умовах при повному насиченні об’єму.

Як поглинач оптичного випромінювання водяні пари характеризуються наявністю смуг пропускання в областях довжин хвиль від 0,498-0,5114 мкм до 5,25-7,50 мкм.

Для СО₂ існують такі смуги пропускання: 1,38-1,5 мкм; 1,52-1,67 мкм;

1,92-2,5 мкм;

2,64-2,87 мкм;

4,63-4,95 мкм;

5,05-5,35 мкм;

12,5-16,4 мкм.

Озон має нерівномірний розподіл. Максимальне значення вмісту озону спостерігається в діапазоні від 10 до 30 км і досягає 10^-2 см/км. Як поглинач оптичного випромінювання озон має такі смуги пропускання: 0,6 мкм; 4,63-4,95 мкм; 8,3-10,6 мкм; 12,1-16,4 мкм.