3.2. Затухание в дымках, облаках, туманах и пыли

Наибольший вклад в ослабление волн оптического диапазона вносят аэро­зольные образования атмосферы (дымка, туман, облака, пыль) и осадки. На этом фоне ослаблением, вызванным молекулярным рассеянием и поглощением в окнах прозрачности атмосферы, можно пренебречь. Так, потери энергии из­лучения за счет молекулярного рассеяния на расстоянии 1 км на волне  = 0,8 мкм составляют всего 0,3 %, на волне  = 1,06 мкм - 0,1 % [8]. Потери в инфракрасном диапазоне будут еще меньше.

При оценках ослабления волн большое значение имеет выбор достаточно простой и адекватной модели расчёта. В общем случае можно ис-

использовать теорию Ми для определения сечений рассеяния частиц аэрозоли и модели раз­личных распределений частиц по размерам, как это сделано в [1]. Успех ис­пользования более простой теории Рэлея зависит от корректного определения границ ее применимости. Размеры большинства частиц аэрозолей атмосферы лежат в пределах 10^-5 – 10^-1 мм [2]. Правомерность использования теории Рэлея определяется количеством крупных частиц в атмосферных образованиях и за­висят от крутизны спада функции распределения частиц по размерам в области радиусов частиц, больших модального. Сравнение данных [1] и результатов расчетов коэффициентов ослабления по теории Рэлея для трех моделей дымок показывает, что использование более простого приближения Рэлея дает сопос­тавимые результаты с теорией Ми при таких значениях отношения радиуса частиц, при которых отрицательная производная от логарифма функции рас­пределения равна или больше 4, а длина волны равна или меньше r/ = 0,1 [12].

Ослабление волн оптического диапазона связано с метеорологической дальностью видимости S_M. Спектральная зависимость коэффициента ослабле­ния аэрозолей атмосферы аппроксимируется удобной полуэмпирической фор­мулой [13]

где , км^-1 - коэффициент ослабления; S_M, км - метеорологическая дальность видимости; , мкм - длина волны.

Расхождение в величинах коэффициента ослабления в диапазоне длин волн  = 0,85 - 1,3 мкм и  = 10,6 мкм, полученных по теории Ми [1] и с помо­щью (46), не превышает 17 %. Таким образом, при оценках ослабления оптиче­ских волн можно использовать простую формулу (46).

Для получения вероятностных характеристик ослабления на конкретной трассе распространения волн необходимы данные наблюдений за состоянием атмосферы в месте прохождения трассы. Так, например, время существования различных состояний погоды в процентах по отношению к времени года по ре­зультатам десятилетних наблюдений на метеостанции "Подмосковная" приве­дено в табл.5 [4].

Таблица 5

Продолжительность метеоявлений в зависимости от метеорологической дальности видимости

Даль­ность ви­димости SM, км	Продолжительность метеоявлений р, % (к длительности года)
	Дождь	Мокрый снег, метель	Снег, метель	Ту­ман	Дымка	Без явлен.	Сумма
< 0,05	-	-	-	0,1	-	-	0,1 I—0'4 -1
0,05-0,2	-	-	-	0,4	-	-	0,4
0,2-0,5	0,1	0,1	-	0,4	-	-	0,6
0,5-1	0,1	0,1	0,2	1,2	-	-	1,6
1-2	0,5	0,3	0,4	2,9	0,1	-	4,2
2-4	0,1	0,1	0,1	0,3	-	-	0,6
4-10	1,1	1,6	2,8	-	37,9	-	43,4
10-20	0,1	0,2	0,3	-	10,6	8,6	19,8
20-50	0,1	0,2	0,5	-	0,6	27,1	28,5
>50	-	-	-	-	0,1	0,7	0,8
Сумма	2,1	2,6	4,3	5,3	49,5	36,4	100

В [14] имеются данные о повторяемости в процентах метеорологической дальности видимости в различных облаках и туманах в теплый период года в районах Арктики. Эти данные представлены в табл. 6.

Как следует из приведенных таблиц, наиболее вероятное появление тума­нов соответствует дальности видимости 1-2 км, дымки - 4-10 км (для условий Подмосковья), облаков и туманов - 0,1-0,2 км (для условий Арктики).

На рис. 4 приведены экспериментальные зависимости [15] вероятности появления погодных условий, приводящих к ослаблению излучения с длинами волн 10,6 и 1,06 мкм зимой и летом менее .

Показательно, что, несмотря на лучшее пропускание чистой атмосферой излучения с длиной волны 1,06 мкм по сравнению с волной 10,6 мкм, в сред­нем при учете возможности выпадения осадков и появления примесей имеет место обратная ситуация.

Р

Рис. 5. Вероятность ослабления излучения В с длинами волн 0,63 и 10,6 мкм боевыми аэрозолями от их концентрации С и длины трассы L:

ис. 4. Вероятность Р появления погодных условий, приводящих к ослаблению меньше заданного уровня :

 = 10,6 мкм летом;

 = 1.06 мкм летом;

 = 1.06 мкм зимой;

 = 10.6 мкм зимой

Представляет интерес оценка ослабления оптических волн дымовыми за­весами. Некоторые данные по ослаблению излучения иностранными боевыми аэрозолями приведены авторами [15]. Рис.5, построенный по экспериментальным данным, дает представление о зависимости ослабления излучения с длинами волн 0,63 и 10,6 мкм боевыми аэрозолями от их концентрации и протя­женности трассы. Физико-химические характеристики некоторых дымовых со­ставов сведены в табл.7.

Аэрозоль А получается пиротехническим методом, аэрозоль В - испарением. На волне 0,63 мкм наибольшими ослабляющими свойствами обладает со­став FS. Далее следует масляный аэрозоль А, масляный аэрозоль В, состав RP и состав НС. На волне 10,6 мкм ослабление примерно на 1 - 2 порядка ниже, чем на волне 0,63 мкм. Причем наибольшими ослабляющими свойствами здесь об­ладает состав RP. Далее следует масляный аэрозоль В, состав FS, состав НС и масляный аэрозоль А. Расхождение в величинах ослабления, вероятно, объяс­няется различиями диэлектрической проницаемости вещества частиц аэрозоля и их распределения по размерам.

При оценках ослабления миллиметровых волн в аэрозольных образовани­ях применимо приближение Рэлея. В этом случае необходимо знать только плотность, массу вещества частиц в единице объема и его диэлектрическую проницаемость. Ослабление подчиняется зависимости (28).

Для оценок ослабления миллиметровых волн в приближении Рэлея необ­ходимо иметь данные о водности  атмосферных аэрозолей. Водность связана с метеорологической дальностью видимости. Спектральный ход коэффициента ослабления является практически нейтральным в видимой области спектра [1]. Величина коэффициента ослабления в этой части спектра связана с метеороло­гической дальностью видимости  = 3,91/S_M на волне  = 0,55 мкм и прямо пропорциональна водности [1]. Зная для определенной модели распределения частиц по размерам коэффициент ослабления в видимом диапазоне волн и ве­личину водности, можно рассчитать значения водности в зависимости от ме­теорологической дальности видимости аэрозоля.