Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

Таблица 19

Натуральная длина ослабления света для дистиллированной воды (по С. К. Дантли)

месей определяет общепринятые оптические характеристики: про­ зрачность морской воды и цвет моря.

Прозрачностью морской воды называют отношение потока из­ лучения, прошедшего в ней без изменения направления путь, рав­ ный единице, к потоку излучения, вошедшему в воду в виде па­ раллельного пучка. Прозрачность морской воды тесно связана с коэффициентом пропускания Т морской воды, под которым пони­ мается отношение потока излучения, пропущенного некоторым слоем воды, к потоку излучения, упавшему на этот слой. Учитывая соотношение (5.11) для коэффициента пропускания, можно запи­ сать равенство

т. е. равна коэффициенту пропускания для однородного слоя еди­ ничной толщины.

Наряду с указанным физическим определением прозрачности используется и другое, в котором под прозрачностью морской воды понимается глубина, на которой перестает быть видным бе­ лый диск диаметром 30 см (стандартный диск). Эту величину сей­

ность, может быть связана с физическим понятием прозрачности, так как обе характеристики зависят от коэффициента ослабления.

Физическая природа исчезновения диска на определенной глу­

глощения. При этом, как показал В. В. Шулейкин, с увеличением глубины происходит увеличение потока рассеянного света в сто­ роны (за счет рассеяния высших порядков). Иными словами, рас­ сеянный поток идет «веером» от поверхности в глубину. На не­ которой глубине рассеянный в стороны поток оказывается равным

энергии прямого света. Следовательно, если опускать диск ниже этой глубины, то поток, рассеянный в стороны, будет больше ос­ новного потока, идущего вниз, и он будет «закрывать» диск. Диск перестает быть видимым.

По расчетам Шулейкина, глубина, на которой выравниваются энергии основного потока и потока, рассеянного в стороны, соот­ ветствующая глубине исчезновения диска, равна для всех морей двум натуральным длинам ослабления света. Иными словами, про­ изведение показателя рассеяния на прозрачность есть величина по­ стоянная и равная 2, т. е.

где Н — глубина исчезновения белого диска. Это соотношение дает возможность связать условную характеристику морской воды — от­ носительную прозрачность с физической характеристикой — показа­ телем рассеяния.

Так как показатель рассеяния входит составной частью в по­ казатель ослабления, оказывается возможным связать относитель­ ную прозрачность и с показателем ослабления, а следовательно, и с физическими характеристиками прозрачности.

Такая зависимость была установлена Гершуном на основании наблюдений, произведенных в наших внутренних морях. Зависи­

Так как между показателями поглощения и рассеяния нет пря­ мой пропорциональности, то, очевидно, соотношение (5.16) не бу­ дет справедливым для каждого моря (как это имеет место для соотношения (5.15). В каждом море связь показателя ослабления с прозрачностью будет своя.

Так, например, по наблюдениям Пуля и Аткинса в Ламанше, соотношение между показателем ослабления и прозрачностью по­ лучилось следующее:

сЯ = 1,7.

А. В. Трофимов дает для Белого моря соотношение

сН = 3,06.

По наблюдениям автора, в водах большой прозрачности соот­ ношение оказалось следующим:

сН = 2,

т. е. совпадающее с соотношением Шулейкина (5.15), полученным им теоретически. Однако в соотношении Шулейкина вместо пока­ зателя ослабления стоит показатель рассеяния. Это указывает на то, что, по-видимому, в исследованном автором случае общее ослаб­ ление света было обусловлено главным образом рассеянием света.

Ослабление с глубиной распространяющегося в море потока дневного света бывает удобно характеризовать коэффициентом

162

подводной освещенности rj, под которым понимается отношение освещенности Ег некоторой плоскости, находящейся в море на глу­ бине г, к одновременному значению подповерхностной освещенно­ сти Еоа, т. е.

Ez

Значение коэффициента ц может быть выражено и в процентах. Процентное соотношение более наглядно показывает интенсивность убывания света с глубиной. В качестве примера в табл. 20 приве­ дено значение коэффициента подводной освещенности в процентах на разных глубинах для вод различной относительной прозрачно­ сти.

Т а б л и ц а 20

Значения коэффициента подводной освещенности

(%) для вод различной относительной прозрачности

Коэффициент подводной освещенности может быть достаточно просто определен из наблюдений над освещенностью на разных глубинах с помощью гидрофотометра. По величинам .Eon и Ez для различных глубин рассчитывается коэффициент подводной осве­ щенности.

Из данных табл. 20 следует, что наибольшая часть световой энергии поглощается в самых верхних слоях. До глубины 50 м доходит всего несколько процентов и даже доли процента энергии, падающей на поверхность моря. Применяя для видимой части спектра формулу (5.11), можно записать

только после прохождения толщи воды, равной бесконечности. По­ этому совершенно неверно ставить вопрос о том, до какой глу­ бины распространяется свет в море. Такую задачу пытались ре­ шить опытным путем, опуская фотопластинки на разные глубины и наблюдая их почернение. Очевидно, что при таком подходе «пре­ дельная» глубина проникновения света зависит от уровня

развития техники: с появлением более чувствительных пластинок будет возрастать и «предельная» глубина.

Следовательно, можно ставить только задачу определения глу­ бины, на которой световой поток составляет заданную долю све­ тового потока, падающего на поверхность моря.

Пользуясь данными табл. 20 и формулой (5.17), можно рассчи­ тать значения показателя ослабления для видимой части спектра

10100 раз для соответствующих длин волн, т. е. свет с длиной волны Л = 0,62 мк ослабляется в десять миллиардов раз. Поэтому можно считать, что 100-метровая толща воды не пропускает света с длиной волны больше 0,6 мк.

В инфракрасной части спектра ослабление света идет еще бы­ стрее. Так, для света с длиной волны 1 мк коэффициент поглоще­ ния оказывается равным 47 м-1. Поэтому инфракрасная радиация поглощается почти полностью уже в самом верхнем слое морской воды толщиной несколько см.

Сказанное хорошо иллюстрируется рис. 5.13, показывающим спектральное распределение облученности сверху (по Компа, 1961). Под облученностью ЕИсверху понимается лучистый поток, падаю­ щий сверху (0—180°) на бесконечно малый элемент горизонталь-

164