ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ

Transcript

1 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Ενότητα 6β: Αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Δρ. Ν. Χρυσουλάκης Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας Ινστιτούτο Υπολογιστικών Μαθηματικών ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ 0 e (, ( ) (, k d k k dz k 0 (, ( )ec ( ) m k u m k λ : Μονοχρωματικός συντελεστής εξασθένισης. m: Οπτικός δρόμος (opicl ph lengh). m : Σχετική οπτική μάζα (ecθ). τ(λ, :Οπτική πυκνότητα (opicl hickne). τ(λ): Οπτικό βάθος (opicl deph). λ = e -τ(λ)ecθ = e -τ(λ)m =e -k λ m= e -k λ um : Διαπερατότητα. e u ( )ec m I λ =I 0 I λ =I 0 Π i Για j ανεξάρτητες διαδικασίες εξασθένισης: ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΤΑ ΝΕΦΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΤΑ ΝΕΦΗ Ανάκλαση μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας από τα νέφη: Πολλαπλή σκέδαση της ακτινοβολίας κατά την διαδρομήτηςμέσααπότονέφοςηοποία εξαρτάται από το μέγεθος R των υδροσταγόνων και το οπτικό πάχος τ του νέφους. Σκέδαση Mie: k λ = βλ - Κατανομή στο χώρο της σχετικής έντασης της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας 0.1 < πr/λ < 50 πr/λ =1 πr/λ =3 πr/λ =10 πr/λ =30 1

2 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΤΑ ΝΕΦΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΑΠΟ ΜΟΡΙΑ ΑΕΡΙΩΝ ΣΚΕΔΑΣΗ ΤΗΣ ΑΜΕΣΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΚΕΔΑΣΗ ΤΗΣ ΑΜΕΣΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΑΠΟ ΜΟΡΙΑ ΑΕΡΙΩΝ Αν n ο δείκτης διάθλασης και λ το μήκος κύματος σε μm: πr/λ <0.6/n: Σκέδαση Ryleigh. πr/λ >50: Diffue reflecion. 0.6/n < πr/λ <50: Σκέδαση Mie. Η σκέδαση Ryleigh από τα μόρια της ατμόσφαιρας βασίζεται στην υπόθεση ότι τα σκεδάζοντα σωματίδια είναι σφαιρικά με διάμετρο μικρότερη από 0. λ και σκεδάζουν ανεξάρτητα το εάν από το άλλο. (u R =con): Rλ = e -k Rλ m α Αν n ο δείκτης διάθλασης και Ν ο αριθμός των μορίων του αέρα στη μονάδα του όγκου: 3 8 ( n 1) 4.08 k R N AEROSOS Τα αερολύματα βρίσκονται στην ατμόσφαιρα σε τρεις κατηγορίες μεγέθους: Πολύ μικροί πυρήνες Aiken, μικρότεροι από 0.1 μm, οι οποίοι προέρχονται κυρίως από διαδικασίες καύσης. Μικρά σωματίδια τα οποία προέρχονται από τη συνένωση των προηγούμενων ή από φωτοχημικές αντιδράσεις, με μεγέθη μεταξύ 0.1 και περίπου 3 μm. Μεγάλα σωματίδια που προέρχονται από το έδαφος μέσω της διάβρωσης και μηχανικών διεργασιών με μεγέθη μεγαλύτερα των 4 μm. Angröm urbidiy formul: k Αλ = τ A (λ) =βλ -α β: Συντελεστής urbidiy Angröm. 0 < β < 0.5 και εκφράζει το ποσό των αερολυμάτων σε κατακόρυφη διεύθυνση. α: Εκφράζει τη σχετική κατανομή μεγέθους των σωματιδίων. Μεγάλες τιμές του α δηλώνουν μεγάλο αριθμό μικρών σωματιδίων σε σχέση με τα μεγάλα. 0 < α < 4. Συνήθως είναι: 0<α <.5,με μέση τιμή 1.3. Εκτιμήσεις των α και β με φασματοφωτόμετρα για λ= 0.38, 0.5, όπου υπάρχει μικρή απορρόφηση από τα αέρια της ατμοσφαίρας. Εκτίμηση του β με απλό φασματοφωτόμετρο για α =1.3ήστο λ=1 μm. m Διαπερατότητα: A e

3 α λ =1μm: wichover VIS = /(τ Α ) 4.08 R exp( m ) I I 0 co R 3 w A exp( m ) exp( k lm ) 3 3 g 1.41k gm exp[ ] ( k m ) g w 0.38kw PWm exp[ ] (1 0.07k m ) w 0 º : m α = 1 60 º : m α = 78,5 º : m α = 5 3

4 ΔΙΑΧΥΤΗ ΑΚΤΙΝΟΠΒΟΛΙΑ ΔΙΑΧΥΤΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΠO ΑΠΛΗ ΣΚΕΔΑΣΗ ΑΠΟ ΤΑ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΑ Η διάχυτη ακτινοβολία έχει τις ακόλουθες συνιστώσες: I drλ είναι η ένταση της διάχυτης ακτινοβολίας η οποία παράγεται από σκέδαση Ryleigh της άμεσης ακτινοβολίας και φτάνει στο έδαφος μετά από απλή διαδρομή στην ατμόσφαιρα. I dλ είναι η ένταση της διάχυτης ακτινοβολίας η οποία παράγεται από την αλληλεπίδραση της άμεσης ακτινοβολίας με τα αερολύματα και φτάνει στο έδαφος μετά από απλή διαδρομή στην ατμόσφαιρα. I dmλ είναιηέντασητηςδιάχυτηςακτινοβολίαςηοποία παράγεται από πολλαπλές σκεδάσεις στην ατμόσφαιρα και ανακλάσεις στην επιφάνεια της γης. Άρα: I dλ =I drλ +I dλ +I dmλ ΔΙΑΧΥΤΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΠO ΠΟΛΛΑΠΛΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΙΑΧΥΤΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ Οι κύριοι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η διάχυτη ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος εξαρτάται από τον οπτικό δρόμο, τις παραμέτρους urbidiy β και α και από τη λευκαύγεια της επιφάνειας του εδάφους. λ =0,5μm: wichover ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΤΗΣ ΔΙΑΧΥΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΟΛΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ I λ =I n coθ +I d 4

5 ΟΛΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ ΡΟΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΕ ΗΜΙΣΦΑΙΡΙΟ 17. Άσκηση 5: - Υπολογισμός των α και β από μετρήσεις οπτικού βάθους. AOT 0.38 = AOT 0.5 = Υπολογισμός της μετεωρολογικής οριζόντιας ορατότητας για τη συγκεκριμένη περίπτωση. 18. Άσκηση 6: - Υπολογισμός της φασματικής διαπερατότητας λόγω εξασθένισης της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας από τα αερολύματα και σκέδασης από τα μόρια της ατμόσφαιρας (συνεχής εξασθένιση) στα μήκη κύματος λ=0.7 μm και λ = μm. Δίνονται α=1.3, β=0.1, θ =60º και τ Rλ = λ -4. df I co d F 0 0 I co in dd 19. Άσκηση 7: - Προσέγγιση ατμοσφαιρικής σφαιρικής λευκαύγειας. Solr Irrdince Sellie 0 B - Πολλαπλές σκεδάσεις. A B Knowledge of mophere nd djcency A A=F g /π B=F g /π Amophere wih phericl lbedo, (erool, molecule, preure, emperure, humidiy) Bckground Trge B A B A Aρ Aρ ρ Aρ ρ... Bρ Bρ ρ Bρ ρ... o ( A B) 0 1 Trge reflecnce Bckground reflecnce Top of mophere ( - enor) rdince A, B,, nd 0 re conn h depend on mopheric properie nd geomery Knowledge of mophere 5