Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

Выберем на глубине г элементарный слой толщиной dz, на кото­ рый падает энергия /. Этот элементарный слой рассеет вверх ко­ личество энергии

diz = kl dz.

Подставляя вместо k и / их значения, получим

Но поток энергии diz, прежде чем достигнет поверхности моря, должен пройти сквозь вышележащую толщу воды г, где он подверг­ нется вторичному рассеянию и частичному поглощению по закону, определяемому формулой (5.12). До поверхности моря, следова­ тельно, дойдет количество энергии d h , определяемое соотношением

или, подставляя вместо diz его значение, имеем

Считая море бесконечно глубоким, можно получить общее коли­ чество энергии, рассеиваемое всей толщей воды вверх. Для этого проинтегрируем выражение (5.18) по всей толще воды от нуля до бесконечности:

<х>+1т] 2г

т ^

Выражение (5.19) дает не полную энергию света, исходящую из глубины моря. Необходимо учесть и эффект вторичного рассеяния светового потока, отбрасываемого слоем dz вниз, который мы не учитывали. Отброшенный слоем dz вниз световой поток не пропа­ дает бесследно. Встречая на своем пути нижележащие слои, он бу­ дет подвергаться вторичному рассеянию. Очевидно, что часть вто­ ричного рассеянного потока, отброшенная вверх и претерпевшая по­ глощение и рассеяние, прежде чем достигнет поверхности моря, даст какую-то добавку к световому потоку А. Эта вторая порция свето­ вого потока выражается соотношением

171

Вторичный рассеянный поток, направленный вниз, в свою оче­ редь, вызовет появление третьей порции светового потока, дости­ гающей поверхности моря и определяемой выражением

а

т ('О г U

Рассуждая аналогично относительно потоков рассеянного света 4, 5, 6 ... п порядка, придем к выражению

а а

1 1?

Общий поток /, исходящий из глубины моря и достигающий по­ верхности, найдется суммированием потоков

I = h + h + h + ... + In

в пределах от единицы до бесконечности, т. е.

Записанное выражение представляет сумму ряда геометриче­ ской прогрессии, у которой первый член

1а

л2 1 * '

А= -----------------

ra W + jT

равен коэффициенту прогрессии q.

Но известно, что сумма бесконечного ряда геометрической про­

т (^Н

172

Подставляя найденное значение суммы, получим

Отношение энергии светового потока, исходящего из глубин моря (внутреннего диффузионного света) к энергии потока, падаю­ щего на поверхность моря,

вой, соответствующей длине волны, имеющей наибольшую энергию и определяющей цвет моря, делается более

расплывчатым (окраска менее насыщена) и захватывает не одну, а несколько длин волн. Следствием этого является переход от голу­ бого более насыщенного цвета к зеленовато-голубому, менее насы­ щенному цвету моря.

Кривые рис. 5.15, характеризующие цвет моря при молекуляр­ ном рассеянии, дают преобладание коротковолновой части спектра в диффузном потоке, выходящем из моря. Это вполне понятно, так как при этих условиях сам световой поток рассеянного света вверх содержит преимущественно короткие лучи, рассеиваемые наиболее интенсивно, и, кроме того, при прохождении вышележащих слоев воды у него срезается длинноволновая часть вследствие избиратель­ ного поглощения. Следовательно, спектральное распределение энер­ гии, выходящей из моря, определяющее цвет моря, зависит как от рассеяния, так и поглощения. При этом оказывается, что максимум наблюдается при той длине волны, при которой отношение коэф­ фициентов рассеяния и поглощения достигает максимума. Для

173

чистой океанской воды этот максимум лежит около 0,47 мк, т. е. в синей части спектра.

Однако цвет моря зависит, как указано выше, не только от опти­ ческих свойств воды (хотя это и главная причина), но и от усло­ вий освещенности моря прямым солнечным и рассеянным светом неба, от угла зрения, волнения, наличия примесей в воде и др. причин.

Кривые рис. 5.15 характеризуют цвет моря при наблюдении на ее поверхность по нормали, при отсутствии примесей и при условии, что отраженный от поверхности моря световой поток, поступаю­ щий от Солнца и небесного свода, не попадает в глаз наблю­ дателя.

Когда отраженный от поверхности моря световой поток попа­ дает в глаз наблюдателя, цвет моря будет определяться соотноше­ нием спектрального состава отраженного от поверхности моря и внутреннего диффузного потоков. Так как отраженный поток является бе­ лым, при его возрастании цвет моря становится менее насыщенным (беле­ соватым). Это легко проследить, на­ блюдая за цветом поверхности моря в штилевую погоду. Когда наблюдатель смотрит по вертикали вниз на поверхность, цвет моря насыщенный (отра-

Рис. 5.16. Ход световых лучей женный поток мал). При перемещении при волнении. взгляда к горизонту цвет моря стано­

вится все менее насыщенным (белесо­ ватым); приближаясь к цвету небосвода, благодаря возрастанию отраженного потока. Поэтому в штилевую погоду горизонт менее резко очерчен.

Изменением соотношения между отраженным и внутренним све­ товыми потоками объясняется и изменение окраски моря при волне­ нии. На рис. 5.16 изображен ход световых лучей на волне. В глаз наблюдателя попадает световой поток М, складывающийся из потока внутреннего света Мй, выходящего из-под поверхности воды и отраженной части потока Н0. Поток М, очевидно, меньше пол­ ного внутреннего потока М0 и светового потока Но, посылаемого небесным сводом.

Создаваемый волнением наклон поверхности моря благоприят­ ствует восприятию светового потока внутреннего света, а следова­ тельно, и увеличению насыщенности цвета; так как при этом угол зрения относительно волны мало меняется при переводе глаза к го­ ризонту, то и окраска моря остается насыщенной до самого гори­ зонта. Горизонт виден очень четко.

Приведенные на рис. 5.15 кривые спектрального состава вну­ треннего света моря, определяющие его цвет, достаточно хорошо со­ гласуются с наблюдениями над цветом моря и непосредственными измерениями для открытых районов океанов.

В океанах отмечаются огромные пространства воды темно-голу­

174