Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

Следовательно, показатель ослабления с численно равен величине* обратной расстоянию, на котором поток параллельного пучка моно­ хроматического излучения ослабляется в 10 раз. Измеряется он,.

как было сказано выше, в обратных метрах ( _]^“') - Напомним*

что он равен сумме показателей поглощения и рассеяния света.

В океанографии, наряду с указанным выше физическим опре­ делением прозрачности, используется характеристика, которую для сокращения так же называют прозрачностью, но имеющая другой смысл. Это о т н о с и т е л ь н а я прозрачность. Относительная про­ зрачность характеризуется глубиной исчезновения белого диска

ного объема в данном направлении, отнесенная к величине этого объема и к нормальной облученности.

§ 22. Основы теории распространения излучения в море

Основным уравнением теории распространения излучения в море служит уравнение переноса излучения, определяющее из­ менение интенсивности излучения вдоль луча и связывающее ме­ жду собой количество энергии, рассеиваемое элементарным объ­ емом. В общей форме уравнение переноса энергии достаточно сло­ жно и получить полное его решение на сегодня не представляется возможным. Причина этого заключается в чрезвычайной сложно­ сти самого явления распространения излучения в море и вытекаю­ щих отсюда больших математических трудностей, с которыми со­ пряжено решение этой задачи, а также в отсутствии необходимых конкретных данных об оптических характеристиках, входящих в ос­ новное уравнение.

Поэтому при решении практических задач применяют упрощен­ ные уравнения при широком использовании экспериментальных данных. В качестве примера приведем упрощенное уравнение пе­ реноса излучения без учета поляризации, для случая освещения поверхности моря направленным излучением при условии изотроп­ ности морской воды и отсутствии источников света в самой среде. Оно имеет вид

146

(луча), а ср — азимутальный угол распространения потока; с (г) — показатель ослабления света морской водой на глубине 2 ; k(z) — показатель рассеяния света морской водой на глубине z; |3 (у) — индикатриса рассеяния в направлении угла рассеяния у; ц', ф '— координаты направления распространения рассеянного света на глубине z, аналогичные ц и ф.

Однако даже и в таком виде получить полное решение иско­

исследований.

При решении многих прикладных задач, связанных с исследо­ ваниями распространения излучения в море, в первую очередь не­ обходимо иметь данные о характере изменения потока излучения с глубиной и параметров поля излучения, создаваемого потоком естественного света. В этом случае направление распространения света можно принять перпендикулярным к поверхности моря, т. е. вертикальным, и рассматривать изменение интенсивности излуче­ ния только для потоков, распространяющихся вниз и вверх. Это существенно упрощает решение. Далее основное внимание будет уделено именно этому случаю и лишь в общих чертах будет рас­ смотрено распространение света от искусственных источников, на­ правление излучения которых может быть любым.

§ 23. Освещенность поверхности моря

Поверхность моря освещается как прямым солнечным светом, так и светом, рассеиваемым самой атмосферой (небесным сводом) и облаками. Освещенность зависит от высоты Солнца. Если при­ нять освещенность при положении Солнца в зените за единицу, то относительная освещенность при других высотах Солнца может быть выражена кривой S, представленной на рис. 5.1.

Для получения абсолютных величин освещенности достаточно умножить относительные величины на 140 тыс. люкс, соответст­ вующие освещенности поверхности моря при положении Солнца в зените.

На рис. 5.1 представлена также кривая N, выражающая ход освещенности рассеянным (диффузным) светом небесного свода при отсутствии облаков и различных высотах Солнца над гори­ зонтом в тех же относительных единицах.

Если Солнце полностью закрыто облаками, вся освещенность поверхности моря обусловлена рассеянным светом, исходящим от облаков.

На рис. 5.2 показаны кривые, характеризующие изменение от­ носительной освещенности (в тех же единицах) с изменением вы­

соты Солнца, создаваемой облаками различных форм, по Н. Н. Калитину.

Кривая 1 характеризует освещенность, создаваемую небесным сводом, при отсутствии облаков и соответствует кривой N рис. 5.1.

Остальные кривые отвечают освещенности, создаваемой облаками различных форм, а именно:

кривая 2 — перистыми и перисто-слоистыми, 3 — перисто-кучевыми, 4 — высококучевыми, 5 — высокослоистыми,

6— слоисто-кучевыми,

7—•кучево-дождевыми,

8— слоистыми,

9—■дождевыми.

Спектральный состав падающего на поверхность моря свето­ вого потока не одинаков для различных условий освещения. На рис. 5.3 представлено среднее спектральное распределение от­ дельно для прямого солнечного излучения, суммарной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, пасмурного неба и участка неба в зените при отсутствии облачности.

Как видно на рисунке, для спектрального состава небесного свода (кривая А) характерно максимальное излучение в области синей части спектра. Для суммарной радиации на горизонтальную поверхность максимум смещается в сторону зеленой части спек­ тра. Поэтому основной характеристикой спектрального состава падающего на поверхность моря светового потока служит кри­ вая В.

148

Падая на поверхность моря, этот световой поток частично отра­ жается, а частично преломляется и проникает в глубины моря. Со­ отношение между преломленным и отраженным световыми пото­ ками зависит от высоты Солнца. На рис. 5.4 показана рассчитан­ ная В. В. Шулейкиным кривая, характеризующая отношение све­ тового потока /, проникающего в воду, к потоку /о, падающему на поверхность моря, в зависимости от высоты Солнца. Как видно

I

на рисунке, при высоте Солнца 0° весь световой поток отражается от поверхности моря. С увеличением высоты Солнца доля свето­ вого потока, проникающего в воду, увеличивается, и при высоте Солнца 90° в воду проникает 98% всего падающего на поверх­ ность потока.

Воптике моря чаще пользуются не отношением проникающего

вводу светового потока к падающему, а отношением отраженного от поверхности моря потока к падающему, называемому а л ь б е д о поверхности моря. Тогда альбедо поверхности моря для высоты Солнца 90° составит 2%, а для 0°— 100%.

Альбедо поверхности моря различно для прямого и рассеян­ ного светового потоков (радиации). Приведенные цифры отно­ сятся к прямой радиации, для которой альбедо существенно зави­ сит от высоты Солнца. Для рассеянной радиации альбедо практи­ чески не зависит от высоты Солнца. По расчетам А. А. Гершуна,

оно равно 7%. По данным наблюдений альбедо рассеянной радиа­ ции колеблется в пределах 5—6%.

Альбедо зависит от состояния поверхности моря, т. е. от вол­ нения. Однако точных связей пока не получено. Проведенные наблюдения при волнении до четырех баллов дают основание

149

полагать, что с увеличением волнения альбедо несколько возрастает при высотах Солнца до 70°, а затем уменьшается.

От высоты Солнца зависит п длина пути Д солнечных лучей,

ется с повышением температуры и заметно растет с увеличением

Зависимость коэффициента преломления от солености исполь­ зуется в оптических методах определения солености.

Световой поток, проникающий в воду и проходящий сквозь толщу воды, ослабевает за счет поглощения (перехода световой энергии в другие формы энергии) и рассеяния.

§ 24. Поглощение света в море

Наблюдения над поглощением света водой показывают, что оно неодинаково для световых волн разной длины. Сильнее всего по­

150