Способ дистанционного определения водности облачной и безоблачной атмосферы

 

Изобретение относится к оптическим исследованиям атмосферы, в частности к определению водности облачной и безоблачной атмосферы. Способ состоит в том, что первоначально измеряют полную интенсивность рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения, включающую продольную и поперечную составляющие. На втором этапе измеряют только интенсивность продольной составляющей солнечного потока электромагнитного излучения. Величину водности находят из разности между полной интенсивностью солнечного потока электромагнитного излучения, рассеянного атмосферой, и величиной продольной составляющей. Технический результат заключается в достижении оперативности дистанционного определения водности облачной и безоблачной атмосферы за счет упрощения расчетно-аналитической части способа и снижения временных затрат на получение первичных экспериментальных данных.

Изобретение относится к оптическим исследованиям атмосферы, в частности к определению водности облачной и безоблачной атмосферы.

Известен способ дистанционного определения содержания паров воды в атмосфере [1] . Способ осуществляют путем регистрации в вертикальном направлении с помощью спектрального прибора в ночное время интенсивности линий спектра колебательно- вращательной полосы гидроксильной эмиссии, содержащей также линию излучения, ослабленного поглощения молекулами воды. Для нее из распределения интенсивности полосы по линиям, находящимся вне спектрального диапазона линий поглощения излучения парами воды, рассчитывают интенсивность уже без учета ослабления ее этим поглощением.

К недостатку способа следует отнести сложности в расчетной части при определении содержания паров воды в столбе атмосферы. Кроме того невозможно его применение для получения данных о водности в столбе атмосферы в дневное время.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ дистанционного определения водности капельных облаков [2]. Способ осуществляют измерением интенсивности поперечной составляющей трансформированного облаком солнечного потока электромагнитного излучения в спектральных интервалах: Δλ₁ = 0,6955-0,7045 мкм, Δλ₂ = 2,0305-2,0395 мкм и Δλ₃ = 2,0515-2,0605 мкм. В этих интервалах происходит чистое рассеяние на облачных каплях, рассеяние и поглощение капельной водой и углекислым газом. Результаты измерений используют при определении водности облака по предложенной системе уравнений.

К недостатку способа следует отнести громоздкость его расчетно-аналитической части.

Общим недостатком известных способов является громоздкость их расчетно-аналитической части и необходимость достаточных временных затрат на получение первичных экспериментальных данных.

Следовательно, задача изобретения состоит в достижении оперативности дистанционного определения водности облачной и безоблачной атмосферы, а также в максимальной формализации решения поставленной задачи.

Предлагаемый способ дистанционного определения водности облачной и безоблачной атмосферы состоит в том, что первоначально измеряют полную интенсивность рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения, включающую продольную и поперечную составляющие. На втором этапе измеряют только интенсивность продольной составляющей солнечного потока электромагнитного излучения. Величину водности находят из разности между полной интенсивностью рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения и величиной ее продольной составляющей.

Общими для заявляемого способа и прототипа являются следующие признаки: измерение интенсивности поперечной составляющей рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения; последующая обработка измерений.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки: измерение полной интенсивности рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения; измерение интенсивности продольной составляющей солнечного потока электромагнитного излучения; нахождение величины водности из разности между полной интенсивностью рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения и величиной продольной составляющей солнечного потока электромагнитного излучения.

Известно, что солнечное излучение/поток состоит из ортогональных поперечных ( Ф_⊥ ) и продольных ( ) составляющих волн [3]. Свойства волн таковы, что поперечные составляющие ( Ф_⊥ ) солнечного излучения отражаются/рассеиваются при прохождении физических сред нашего мира. Наоборот, продольные составляющие ( ) солнечного излучения проходят почти без потерь через эти же среды. Соотношение продольной и поперечной составляющих солнечного излучения - величина постоянная. Изложенное выше - априори и является физической базой заявляемого способа определения водности облачной и безоблачной атмосферы.

Солнечное излучение характеризуется его интенсивностью При достижении поверхности Земли водозапас атмосферы, как известно, оказывает самое существенное влияние на солнечный поток, что приводит к уменьшению его интенсивности при измерении: E_изм < E_с. Информация о степени водности сосредоточена в величине Здесь k= f(W) - функция водности W атмосферы. Задача состоит в ее выделении.

В заявляемом способе на первом этапе осуществляют измерение полной интенсивности рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения, включающей продольную и поперечную составляющие (2). На втором этапе измеряют только интенсивность продольной составляющей солнечного потока электромагнитного излучения

Величину водности находят из разности измеренных величин (2) и (3):

В итоге найденная разность Δ E ~ W, т.е. пропорциональна величине водности, которая может быть откалибрована в соответствующих единицах измерения.

Рассмотрим пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

Для проверки способа использовалась измерительная схема в составе оптической системы, фокусирующей световой поток в вертикальном столбе атмосферы, фотометра в качестве приемника излучения, и двухканального осциллографа с запоминанием в качестве измерителя и блока обработки результатов измерений.

В эксперименте проводились исследования кучевых облаков с тремя возрастающими значениями вертикальной мощности. С увеличением вертикальной мощности кучевого облака имеет место возрастание его водности.

Измерения выполнялись в полном соответствии с заявляемым способом. Развитие кучевого облака от первого до третьего состояния наблюдалось в течение 150 мин и приходилось на полдень летнего месяца. Имели место следующие данные измерений: ΔE₁ = 3 mB; ΔE₂ = 7 mB; ΔE₃ = 12 mB. Последнее подтверждает возможность выявления искомой зависимости с помощью заявляемого способа.

Использование заявляемого способа позволяет оперативно получать информацию о водности облачной и безоблачной атмосферы с максимальной формализацией методики и использованием стандартной оптической аппаратуры.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания
1. А. С. СССР, N 1689908, М. кл. 5 G 01 W 1/00 от 7.02.89 г., опубл. 07.11.91 г., Бюл. N 41.

2. А. С. СССР, N 1337859, М.кл. 5 G 01 W 1/00 от 11.12.85 г., опубл. 15.09.87 г., Бюл. N 34.

3. Дмитрук М.А. На гребне новой волны / Не может быть.- Альманах чудес, сенсаций и тайн. Вып.2.- М.: ОРЕГС, 1991 г.- с. 16-29.

Формула изобретения

Способ дистанционного определения водности облачной и безоблачной атмосферы, включающий измерение интенсивности поперечной составляющей рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения и последующую обработку измерений, отличающийся тем, что дополнительно измеряют полную интенсивность рассеянного атмосферой солнечного потока электромагнитного излучения и интенсивность продольной составляющей солнечного потока электромагнитного излучения, а величина водности находится из разности между измеренными значениями полной интенсивности и величиной продольной составляющей.