2015-07-14
500
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: 
