Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

Единичная масса атмосферы — это масса вертикаль­ ного столба атмосферы с основанием 1 см2, который проходит луч при высоте Солнца /г0 = 9О° и нормальном

атмосферном давлении. Чем ниже над горизонтом Солн­ це, тем большую толщу (большее число единичных масс) атмосферы преодолевают солнечные лучи.

что освещенность поверхности океана прямыми солнеч­ ными лучами:

—зависит от географической широты;

—резко возрастает с увеличением высоты Солнца;

—подвержена суточному и годовому ходу (с макси­ мумом около полудня в середине лета и минимумом ночью зимой).

Однако поверхности океана достигают не только пря­ мые, но и рассеянные солнечные лучи. Рассеяние света в атмосфере обусловлено как молекулами атмосферных газов, так и взвешенными частицами пыли, дыма, обла­ ков—так называемыми атмосферными аэрозолями.

Вклад рассеянного света в освещенность поверхно­ сти океана непостоянен и существенно зависит от вы­ соты Солнца.

Приведенные данные показывают, что при малых высотах Солнца доля рассеянной освещенности очень велика.

Естественный дневной свет представляет собой сово­ купность прямой и рассеянной солнечной радиации. Освещенность этим светом меняется в очень широком диапазоне в зависимости от характера облачности, про­ зрачности атмосферы, состояния поверхности океана.

Существенное влияние на освещенность поверхности океана, покрытой льдами, оказывает снежный покров, особенно при малых высотах Солнца. Отмечается также увеличение суммарной освещенности с развитием волне­

140

ния за счет отражения лучей света от волн, особенно с появлением белых пятен пены.

Таким образом, термин «дневной свет», являющий­ ся отправной точкой для всевозможных гидрооптиче­ ских расчетов, сам является малоопределенным. Сле­ дует также отметить, что инфракрасные лучи с длинами волн более 3 мкм полностью поглощаются тончайшими поверхностными слоями воды и для гндрооптики инте­ реса не представляют. Для учета изменения светового режима на поверхности океана гидрооптические иссле­ дования должны сопровождаться наблюдениями за ин­ тенсивностью потоков солнечной радиации (актиноме­ трия) [43].

Ночная (астрономическая) освещенность поверхно­ сти океана создается главным образом лунным светом. Освещенность полной Луной, находящейся в зените, при средней прозрачности атмосферы может достигать 0,25 лк. Освещенность верхних слоев атмосферы и косми­ ческой пыли, обусловливаемая свечением звезд, ничтож­ на и практического значения не имеет. Заметим, что ос­

видит.

Распространение солнечного света в толще океана.

Лучи света (прямые и рассеянные), достигая поверхно­ сти океана, частично отражаются в атмосферу, частич­ но, преломляясь, проникают в воду и в дальнейшем ходе подвергаются ослаблению (экстинкции).

Отражение, преломление и ослабление света — это те оптические свойства морской воды, которые особенно интересны с точки зрения океанографии.

Отражение света поверхностью океана. Для прямых солнечных лучей при зеркально-гладкой поверхности океана количество отраженной световой энергии.. зави­ сит от высоты Солнца и характеризуется коэффициен­

т. е. выраженным в процентах отношением светового потока Ф, отраженного поверхностью океана, ко всему падающему световому потоку Ф0.

141

С уменьшением высоты Солнца, т. е. с увеличением угла падения лучей, происходит резкое увеличение ко­ личества отраженной световой энергии:

океана принято считать, что 5% световой энергии отра­ жается, 95% проникает в воду.

Однако в реальных условиях для естественного днев­ ного света, особенно при наличии волнения, картина в значительной степени усложняется, и фактические на­ блюдения часто не согласуются с приведенными выше данными. В этом случае солнечные лучи встречают ис­ кривленную волнением поверхность океана в разных точках, под различными углами падения, и в каждой точке степень отражения лучей, определяемая соответ­ ствующим коэффициентом отражения, оказывается раз­ личной.

При очень больших высотах Солнца средний угол падения лучей на взволнованную поверхность океана оказывается больше, чем в штиль, общее количество от­ раженного света возрастает, количество света, прони­ кающего в воду, убывает.

При малых высотах Солнца гребни волн затеняют горизонтальные участки поверхности океана, и отраже­ ние света происходит главным образом от крутых уча­ стков поверхности гребней волн при малых углах па­ дения солнечных лучей. В результате отмечается суще­ ственное увеличение количества световой энергии, прони­ кающей в воду.

При высотах Солнца, близких к 25°, влияние волне­ ния на пропускание света практически не сказывается.

При высотах Солнца более 40° и состоянии поверх­ ности океана менее 4 баллов океан более 95% света поглощает и менее 5% отражает. Но при сильном вол­ нении, когда на поверхности появляются большие пят­ на пены, коэффициент отражения возрастает до 40% и более.

Таким образом, не только интенсивность светового потока, падающего на поверхность воды, и его спек­ тральный состав подвержены существенным измене­

142

ниям во времени, но и условия проникновения света в воду оказываются весьма непостоянными. Уместно пред­ положить поэтому, что и структура естественного опти­

нусу угла преломления ß для данных двух сред есть величина постоянная»:

Из формулы (3.87) следует, что чем выше Солнце, тем короче путь, который проходит луч света от поверх­ ности до глубины Z, и при нахождении Солнца в зените

(А0 =90°) / = Z [18].

На свет, .проникший в воду, оказывают воздействие два физических процесса: поглощение и рассеяние света.

Поглощение света. Солнечная радиация, проникая в воду, превращается в различные формы внутренней энергии, и прежде всего в тепловую, нагревая поверхно­ стные слои океана. Незначительная часть световой энер­ гии расходуется на фотохимические процессы (фотосин­ тез), ионизацию и возбуждение атомов и молекул воды.

Бугер в 1729 г. экспериментально и Ламберт в 1760 г. теоретически установили, что вследствие поглощения от­ носительное ослабление светового потока в параллель­ ном пучке света (определенной длины волны X), отвесно падающем на поверхность раздела воздух — вода, про­ порционально толщине проходимого светом элементар­ ного слоя

морской водой избирательно по спектру, т. е. поглоще­

144