Практичне заняття №2
З основ лазерної техніки та голографії
РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТА ПРОЗОРОСТІ АТМОСФЕРИ.
Мета: отримання практичних навичок з розрахунку прозорості атмосфери
та оцінки її впливу на сонячне випромінювання.
Завдання: ділянка аероландшафту освітлюється прямим промінням Сонця. Розрахувати:
-спектральний коефіцієнт прозорості атмосфери;
-спектральну густину енергетичної освітленості аероландшафту,
-енергетичну освітленість аероландшафту,
-амплітуду електричного і магнітного поля, створюваного сонячним опроміненням на поверхні аероландшафта, вважаючи, що електромагнітна хвиля плоска.
-освітленість, світимість і яскравість аероландшафта.
Вихідні дані:
1) крива спектральної густини енергетичної освітленості створюється сонцем поза атмосферою Eaλ(додаток 1).
2) коефіцієнт яскравості аероладшафта R=0.12+0.02N, де N - порядковий номер згідно журналу;
3) температура повітря в приземному шарі t=230С.
4) відносна вологість повітря f=(65+N)%, де порядковий номер студента по журналу обліку практичних занять;
|
|
5) крива відносної спектральної світлової ефективності Vλ (додаток 2).
Методика виконання розрахунків
1) Спектральна щільність енергетичної освітленості аероландшафту визначається спектральною щільністю енергетичної освітленості Е еλ, яка створюється випромінюванням Сонця поза атмосферою, і спектральним коефіцієнтом пропускання атмосфери τ (λ).
(2.1)
Спектральний коефіцієнт пропускання атмосфери τ(λ) залежить від спектральних коефіцієнтів пропускання, спричинених розсіюванням і поглинанням випромінювання:
(2.2)
Спекральний коефіцієнт рівний:
, (2.3)
де і – коефіцієнти пропускання атмосфери, спричинені молекулярним та аерозольним розсіюванням випромінювання,
– оптична товща атмосфери.
Спектральні коефіцієнти і залежать від показників молекулярного розсіювання і аерозольного розсіювання :
; (2.4)
; (2.5)
, (2.6)
де - товщина шару атмосфери, що розсіює випромінювання; і – оптичні товщі атмосфери, обумовлені молекулярним і аерозольним розсіюванням.
Оптичну товщу атмосфери розрахуємо за формулою:
, (2.7)
де і — молекулярна і аерозольна товща атмосфери для довжини хвилі мкм. Враховуючи, що:
, (2.8)
отримаємо:
. (2.9)
Значення беремо з графіка :
Рис.1
рівна:
, (2.10)
Підставимо отримане значення в вираз (1.3): і побудуємо криву : .
Спектральний коефіцієнт пропускання атмосфери визначається добутком і :
(2.11)
Коефіцієнт пропускання залежить від товщі шару парів води (таблиця додатку 3). Товща шару парів води на 1 км висоти визначається за формулою: , (2.12)
|
|
де - кількість осадженого водяної пари в приземному шарі (на рівні моря) на 1 км шляху, мм/км; Н – висота (товщина атмосфери).
Кількість осадженого водяного пару біля поверхні Землі визначається за допомогою номограми (рис.2) при t=300 і відносній вологості: .
Рис.2 Залежність кількості осадженої водяної пари щодо відносної вологості і температури в приземному шарі.
Інтегруючи вираз (1.12) по l, отримаємо кількість осаджених пари води W в атмосферній товщі H:
. (2.13)
Після підстановки отриманого значення в таблицю додатку 3 визначимо .
Спектральний коефіцієнт пропускання визначається за допомогою таблиці додатку 4, підставивши в неї значення ефективної довжини шляху:
. (2.14)
Спектральний коефіцієнт пропускання атмосфери за рахунок поглинання визначається добутком і :
(2.15)
Потім, з урахуванням виразу (1.2): визначаємо спектральний коефіцієнт пропускання атмосфери і побудуємо його графік..
Спектральна щільність енергетичної освітленості аероландшафта розраховується за формулою:
(2.16)
По результатах розрахунку побудуємо графік спектральної щільності енергетичної освітленості аероландшафта
2) Світимість аероландшафту визначається виразом:
. (2.17)
3) Амплітуда електричного поля:
, (2.18)
де - електрична проникність у вакуумі, Ф/м, м/с.
4) Амплітуда магнітного поля:
, (2.19)
де - магнітна проникність у вакуумі,
Гн/м.
5) Поверхня аероландшафту відбиває сонячний потік випромінювання. З урахуванням коефіцієнта яскравості ландшафту r її світимість буде рівна:
.
6) Яскравість: