Т Р У Д Ы ГЛАВНОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ

О Ь

1 ' ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ ПРИ СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР

П РО ЗЕРЕН ®____

Т Р У Д Ы

ГЛАВНОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ

и м е н и А . И . В о е й к о в а

• ■ В Ы П У С К 100

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

П о д р е д а к ц и е й д-ра физ.-мат. наук К. С. ШИФРИНА

и канд. геогр. наук В. Л. ГАЕВСКОГО

S Hi Б Л И О Т Е К А /' МИИНГРАДСКОГО

ГЙЙРОШТЮРОЛОГИЧЕСКОГОHHSTwrVTA

JS39I

гимиз

Г И Д Р О М Е Т Е О Р О Л О Г И Ч Е С К О Е И З Д А Т Е Л Ь С Т В О

ЛЕНИНГРАД • I960

АННОТАЦИЯ

В с б о р н и к е с о д е р ж а т с я с т а т ь и , п о с в я щ е н н ы е и с с л е - д о в а н и ю р а д и а ц и о н н ы х п р о ц е с с о в , п р о и с х о д я щ и х в а т ­м о с ф е р е и н а д е я т е л ь н о й п о в е р х н о с т и .

Сбчрник рассчитан ва научных сотрудяинов в об- ласт)и меггеорюлопии и студентов гидраметеорологиче- аких вузов.

к. с. ШИФРИН и в. Ф РАСКИН

к ТЕОРИИ ИНДИКАТРИСЫ РОКАРА

В силу малости частиц дымки при построении теории рассеяния на от­дельной частице можно использовать приближенный метод. Приведены типы распределения частиц дымки по размерам, предложенные разными авторами. Исследование распределения Рокара показывает, что формула для атмосферной индикатрисы, полученная им ранее, содержит ошибку. Указана верная формула. . >

1. |Из1В1ест1но,.что частицы, образующие так'называемую ат1мосф'ер(ную

дымжу, имеют (радиус а порядка 0,1 [х, т. е. что р = для них будетоиогоо 1. Это уже нерелеевский (СУнучай, который, вообще говоря, должен ра'оамат|ри1ватьоя ло общим дифракционным фар'м'ула-м. Существенно, однако, что iB дымке о'бычно йе соде|ржитая частиц с очень >болышим по­казателем л1р'ея'0м1лен:ия или иоглощеиия в видимой и близких к- ней областях. Можно поэтому ст|роить иошичественную теорию оптичесшх ■овойст© атмосферной ды!М1К!и, исходя из приближенного метода риошо- трения р'аюсеяния и поглощ10Н1И1Я света частицами, свойства 1которы!х не оильно отклоняются от свойств ювдружающей среды ([2], гл. 7). При этом HI6T необходимости прибегать ;к численно'м:у табулированию общих формул и анализу этик данных, а можно лолучить основные результаты в общем виде. В данной работе используется это сообр-ажение дгая по- ст|рош1И1я количественной теории атмооферн'ой индикатрисы рассеяния.

2. Помимо формул рассеяния на отдельной частице, для построения теории атмасф'нрной индикатрисы н1уж1н0 учесть также данные о 'Опектре частиц атмосферной дымки. В н а 1С т о я щ е е вр'емя по этому вопросу н е т единой точки зрения. В 1930 г. И. Рокар [8] для распределения частиц атмосферного аэрозоля по размерам принял следующую формулу:

' f {а) = Са е~' \ ( 1)Здесь С — нормировочный параметр, а у связано со средними а так:

соJ a f ( a ) d a

« = ^ 5 -------- = f T = f (2)J f { a ) d a0

В :Ш52 г. X. Юнге [7] получил, что(3)

причем эта фор1мула верна от неноторюго a i„, которое следующим об­разом связ^ано с с:

1* . 3

в (1951 г. Джебби, Хялысум и Робертс [6] ив анализа данных о опек- траиьнай пров|р1ачности атмоюфйрного аэрозоля ib в и д и м о й (0,61 fi) и инф'ракрашой (2,18 р,) юбота1СТ1Я!х спектра пришли к гвыводу, что .з^ривая распределения частиц дьшки по paisiM'epaM имеет вид

/ ( а ) = 5 е “ ^ ‘“ " “” \ ( 5 )

Это — нормальное распределение, содержащее уже три параметра: В, р, «0.

Совсем недавно, рассматривая аналогичные данные, ообсивениых из­мерений для длин волн., равных 0,31-3, 0,645 я 1',014 ц, О. И. 'Попов [1] пришел к выводу, что его данные лучше всело можно объяснить, ©сл1И принять для спектра частиц атмосферН|ОЙ, дымии фор1мулу (6), которая в 1900 г. бъта щредложена Л. Фойтциком для туманов [б]

• / ( а ) = 4 е - “ “- “»>. (6)

Это распределение также содержит три парам'втра: D, а, uq.|Использу;я разлииные распределения частиц аэро13оля, получим раз­

ные формулы для индикатрисы рассеягаия. В насто.ящем ооо1бщени1и(пункты 3 и 4) выводятся формулы для средних индикатрисы и коэф­фициента рассеяния,'соответствующим р-а спред ел ению (I). Вычиш10ния с этим р-асщределением интереаны, потому что ири этом пО|Вторится путь, по которому шел (И. .Рокар, 'лолучая свою .известную ат1мосфер.ную ин'ди-. катрису. К оожалвнию, формула, нолучшная им, как покажем, о1казы- вается неверной. . .

3. Итак, примем для f(a) формулу (1), а для вндижатрисы отдельной частицы / (р) формулу (20) гл. 8 и,з [2]. Эту фор1мулу мы за'пиш-ем так:

Щ a)=La^/Hq), (7)

Ч = / о 1 « Р ^ ^ ( 1 +cos2p) . (8)

Для средней индикатрисы/(р) теперь получимоо со

Т( ) = ( /(^,a)/(a)da==CL f a f(q)e~ ‘‘da. (9)о о

О'бовеач-ая

получимоо

д2 -т« (gjjj2 дад _ ffid sj„2 та -(- cos^ та) da —trfi

гФ

. С ПОМОЩЬЮ известных формул найдем:

= ^ С 1 ( / , + / 2 + / з ) . ( 1 1 )

СО/ г tnada —___т W — 3 {2тЩа е sin отааа— [,2 + (2т ) 2]з >

о

оо ■

h = - > J sin 2mada = - rtl s™ (^ arctg ,

L — tn} Фе cos mada- 12/П2 г (5)

Окончательно

j__ 9CL пФ

1 + 3r f

У I f + ( 2 / й ) 2 ] 5

Г.^2т.у /2 т \

COS ( б a r c t g .

„/2m \2-] Г.^2ту /2 /й \Я~ п т ) 12 X T l z h l .

f’’ [ ‘ + ( т Т Т ’’ [ ' + ( т Г

+

1 + т ГВведем обозначение

й = -2т

После /№е1СЛ'0Ж1ны1х лрео'бразашний получим

i ( T W ^

(1 2 )

(13)

(14)

Вместо параметра введем средний радиус частиц аэрозоля а по формуле (2), la вместо параметра С число частиц аэрозоли ib единице объемна

N = J f { a ) d a = ^ .f ’

(15)

Теперь заметим, что

тогда для I получим

б32 Na

I=NI,о n f i - \

гФ - f 8 1 Ф ’

2 (1 + C0S2 Р )

т ^ + 2 (16)2 т 'рел'

Здесь и — о1бъем частицы, имеющей |радиус, равный .ареднему ра­диусу а.

( Ц )

■/ релй— релеевская индикатриса рассеяния для монодисперсного .аэрозо­ля, содержащего частицы с радиусом а и концентрацией N'. С помощью а формулу (13) дш(я и можно записать так:

(18)

‘ Заметим, что /рел('*)> конечно, отличается OT./pg^_ Для распределения (1) имеет место формула

J _ 2240 J -рел. полид 81 рел ’

Т. е. полидисперсное примерно в 28 раз больше.

■ 5

Ошибка Рокара абн'аруживаетюя иемедленно, если сравнить фор­мулу (il‘6) с формулой для/.указанной Рокаром (см. формулу, приведен­ную 1на стр. '249 в [2]). У Рокара функция ф(ы) равна

32 (118 + 13«2-f Зи4)с? (и) = 729 (19)(1 + «2)4

между тем как верная формула для ф(ц) указана равенством (17).При вычислении индикатрисы по (il6) удобно иметь в ваоду етедую-

Щ)ие пр01стейши.е свойства функции ф(ы). Производная. - ^ ори всехвещественных ы отрицательна н , не имеет корней. .Это’ озвачает, что ф(и)- — монотонно убывающая ф|у:н1кция по и, т. е. с увеличением угина рассеяния 'множитель перед релеевской индикатрисой ‘быстро- убывает.

При ма'лых ы (м<СС '1). , 2240 Л 9 о I 891 ,

= 27,667(1 -4,5и ^-1-12,728й4-. . .), (2 0 )

Р и с . I . С о п о с т а в л е н и е и н д и к а т р и с ы Р о к а р а ( / ) с в е р н о й и н д и к а т р и с о й (2 ).

при больших и (ы;Э>1)-32

9 (и ) =

1,1852

11 +

ui

27 «4

0,3333

Зи210 175 ,ие Зм8'+~- •

1 +10

“Ь „в58,3333

(2 1 )и2 ' «6

Для определения ф(и) щри ,про1межуточны1х зшач10ниях и можно либо прямо О'братиться к формуле (17), либо к таблице этой функции (та€л„ 1). '

Для количественя’ой оценки на'шего исцравления сравним индика­трисы рассеяния по Рокару и по формуле (17) при Я = 0,550|1 а = 0,'05ц. Результаты ра'очетов приведены в табл. i2.

В по1Следних двух стол'бцак приведены величины отно'сительной индикатрисы рассеяния

' г = J S I L: /(90) •

Эти данные представлены на рис. '1. Из та'бл. 2 видим, что в нашем приме|ре иоаравленная фо‘р1мула дает значения примерно в 5 раз боль­шие, чем формула Рокара. Кроме того, как это видно из рис. 1, верная индикатриса несколько более вытянута,,

Та б л и ц а 1

0,01 0 ,02 0 ,03 0 ,0 4 0 ,05 0 ,06 0 ,07 0 ,08 0 ,09 0, 10 0,11 0 ,12 0 ,13 0 ,14 0, 15 0 ,16 0 ,17 0,18 0, 19 0 ,20 0 ,21 0 ,22 0 ,23 0 ,2 4 0 ,25 0 ,26 0,27 0 ,28 0 ,29 0 ,30 0,31 0 ,32 0 ,33 0 ,34 О,-35

27.64 27,60 27,54 27,4627.35 27,21 27,06 26,87 26,67 26,44 26,20 25,9325.6525.34 25,02 24,6924.3423.97 23,58 23,19 22,79 22,37 21,9521.52 21,08 20,63 20,18 19,73 19,27 18,8218.36 17,90 17,4316.9816.52

0,360 ,370,380,390,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490,500,510,520,530,540,550,560,570,580,590,600,610,620,630,640,650,660,670,680,690 ,70

16,0715.62 15,18 14,74 14,30 13,8713.44 13,0312.62 12,22 11,8211.44 11,06 10,69 10,339,9799,6329,2968,9728,6568,3488,0517,7557,4747,1986,9376,6766,4286,1905,9585,7365,5195,3105,1084,914

0,710,720,730 ,740,750,760,770,780,790 ,800,820 ,840 ,860,880 ,900 ,930,960 ,991,021,051,081,111,141,171,201,251,301,351,401,451,501,551,601,651,70

4,7254,5434,3694,2034,0413,8853,7363,5933,4543,3213,0702,8392,6252,4282,2462,0001,7821,5901,4201,2701,1371,0200,91540,82370,74070,62740,53100,45270,38700,33310,28760,24950,21750,19040,1673

1,801.90 2,00 2,202.40 2,60 2,803.003.203.403.603 .904 .204.504 .805.105.405.706.006.306.606.907.207.507.808.108.408.70 9,009.30 9,60

10,00

0,1307 О ,1036 0,8320 0,5550 0,3847 0,2757 0,2029 0,1528 0,1176 0,9051 0,7261 0,5215 0,3886 0,2942 0,2264 0,1772 0,1408 0,1135 0,9236 0,7617 0,6285 0,5278 0,4429 0,3771 0,3216 0,27б5 0,2396 0,2087 0,1810 0,1586 0,1395 0,1189

1 0 -1 0 -1 0 - ’1 0 -'10-110-J1 0 - ‘10-210-210-210-210-210-210-210-210-210-310-310-310“ 310-3 10-3 10-3 10-3 10-3 10-3 10-^ 10-? 10101-3

4. Раюсмютрим выражение для полищиоперсно'го коэффициента рас- сея'ня'я а с распределением Рокара (1). Общая формула |бу|Дет

(-XJ.

a = j Kp{a) f{a)da. (2 2 )

Т а б л и ц а 2

р и 'Ррок' 9 ^Рок 7 ^'Рок Г

0 0 ,00 5,18 27 ,7 10,4 55,3 5,31 6,0530 0,196 4 ,45 23,3 7,78 40,8 3,88 4 ,4 760 0,378 3,11 15,3 3,89 19,1 2,01 2,0990 0,535 1,93 9,14 1,93 9,14 1,00 1,00

140 0,711 1,06 4,71 1,66 7,47 0 ,88 0,82180 0,756 0,917 3,96 1,83 7,92 0 ,94 0,87

Что касается коэффициента |раоста!ния яа отдеяшой частице, то он выражается формулой (й1) ,гл. 8 из [2], которую ,мы запишем так:

Кр(а) = М 5z^ + (4z^ — 16) ( а Z — In Z — Q —

— 2 2 :s in z - f 1 4 ( c o s 2 — 1) I , (23)

где

32Sn

2 = - p a

C l2 = —cos t dt

(24)

гдеС = 0 ,6 7 7 ,..— .постоянная Эйлера. (25)

Подставляя (23) в (22). учиты1В!ая (16) и лареходя к иеременной z, л о л у я й м '

' О О '

а = ^ N уИ ).з J ^ .+ 5г2 -{- (4z'^ ^ 16) (ci z — ln z — C) —

— 2г:sln2 - ( -14( созг— 1) I 'В|ве1Д!0м обозначение ■ ''

= ; А = 1 _ А 1. ■ 8я . 8 л д- ~ 4 у •

Раскрывая фигур1ную скобиу.в (.26), имеем-7 ■

, I , ,

(26)

(27)

(28)(•=1

/з = 5 J z*e~'^^ dz = 120

/о = — 2 г® sin ге dz = —-и-г _ 48к-((х2-- 1)( f . 2 + l ) 4

1 , = и \ =

О О

д = _ 1 4 г Ч ~ ^ Ы г = -

( р . 2 + 1 ) 3

28(лЗ

. ' - Л _ »

7g = — 1 б | 1 п г —' 01 . ■ i : ■ 1

■ оо : .

/ 7 '= 4 J ( c l2: — In 2:— С) dz

Для вычисления двух штасяеднйх интегралов во1спользуем1оя соотно- ш б и и т [ 4 ] : , \

' ci Z — In Z — С = "'7~о

Таким обравом, иаи'римар, для /е получимrVl 9

dt.

Июпошьзуя для двойного интепрала формулу inipeo6;p а зования Ди­рихле м меняя порядок инт1ег|р!и|рш>а1ния, получим

О О , , , . О О

/g = - 1 6 1 J =

O O

= — 16

= - 1 61 (1 2 - 1 ) 1

( j ,2 ^ 1 ) 2 - ^ 1 ( ( . 2 + 1 ) ,дЗ

При этом 1на|Д’0 иметь © виду, что с о

- 1 + - т 1 п - т ^ U 3 I ^лЗ + 1

J t (Л

Таким же точно образом получим для /7

А — 4481x3

(^2 + 1)4 ( [ ,2 + 1 )3 ^ ,^ (^2+1)2

248 (1 Л 2 -3 ) 1 2 (1 x 2 -1 )I /„2 _1_ 1 13 I(X (1 X 2 + 1 ) 3 - Г f , 3 ( [ , 2 + l ) 2 “ Г ( x 3 ( j x 2 + l )

+ 12“I" р.5 J" р.2 + 1 р.5

+

, Окончательно подставл1Я1Я зиачеиия всех' /,- в (28), получим

. а = ± Л^Ж { I - 1 бр.10 - 81Д.8 + 472tx« + 828(х4 +

+ 640р2 4-180] - -JI (н.2 - 3) In ^

'Вв'едем вместо [д, в качестве .переменной ев (29) величину

= - L = J - ~^ IX ^ 3 Р’

(29)

(30)

Это выражение .аналогично формуле ('IS) для и. Для а теперь най­дем.

4v2• I45v*0 4- 160v8 -\- 207v6+ 118v - 2v - 4] +

( l + v 2 ) 4

+ ’1 6 ( 1 - 3 v 2 ) . l n ( l + v 2 ) j . (3 1 )

Удобно iBiBecTH релеевокий [коэффициент рассеяния арел дая мюно- диоперсню'го авр10!зош,я с вонцентрацией N и радиусом частиц а

» г1 19,2048 / ч 1 , 4а = Л^1аР — — а ф(у) = ар ф (v). (32)

t(v ) = 1 127 v4 1 (1 + v2)4 [45v>0 4- I60v8 + 207v8 -t- ] i8v4 _ 2v2 - 4] j-

+4 ( 1 — 3v2)

v‘2 l n ( l + v 2 ) | . (33)

Для вычисления a no формулам (Э2) и (33) нужно «меть в виду следующие простые формулы для tl5(v):

при малык V (v < ^ l) ' ' '

1 63 2 , 3 • 20291 — — -f-28 280 ■ 5

4 2133 fi ,+ •

= 27,667 { 1 — 2,250v>> + 4 ,343v4 _ 7,617v6 + .при больших V ( v ^ 1)

} : (34)

,, 8 In V~ 1 5 “

4 1

^ JL 3 v2 1— 0,5333 In V 0,4444

v2

_1_•у2

I 8 In V +■ 45 v4

(35)

Малые V обозначают малые p — релеавокий случай. Предельное зна­чение i|;(v) здесь будет 2240

81 И

2240 ' 81 а = арел рел. полид

Соотношение между Ирел моноиасперсным и «рел полвдисперсным, разумеется, такое же, какое мы ранее тол'учили для интенсивностей. Для больших V и соответственно р предельное 1значение а из формул (32) и (35) будет •

a = y V | a P1280it5 а

9 Х2 (36)

Разумеется, точно 'то же выражение получится, если ншоаредствшно фар(мулу (24) гл. 8 из [2] ироинтегрируам но (1). Для промежуточных значений v значения a|3(v) приведены в табл. 3. 'В качестве примера ис­пользования указанны'х выше формул рассмотрим зависимость щразрач- ности атмосферного аэрозоля от X для нааиольких а. Результаты расче­тов по формуле (32) приведены в табл. 4, причем N ноложано равным 1.

На рис. 2 чрнводим в логарифмическом масштабе графики a=f {X) для разньгх а. Видно, что . пюлучанные линии оказываются близкими к прямым. Полагая, что

Аа =

ИЗ накл'она этих прямых легко найдем значения /г,для разных а. Эти ве­личины приведавы в последней горизонтальной строчке табл. 4. Отме­тим, что значение п=2,1, соответствующее а —0,5 уже близко к теаре- тически П)редетьному значению h= 2 (36).

10

Т а б л и ц а 3

0 ,0 00,010 ,0 2■0,030 ,0 40 ,0 50 ,060 ,0 70 ,080 ,0 90 ,1 00,110 , 120 ,1 30 ,1 40 , 150 ,1 60 ,1 70, 180 ,1 90 ,200,210 ,220 ,2 30 ,2 40 ,2 50 ,2 60 ,2 70 ,280 ,2 90 ,3 00 ,310 ,3 20 ,330 ,3 4

27,6727,6627,6427.6127.57 27,5127.4427.36 27,2727.17 27,0626.93 26,8026.62 26,49 26,3226.15 25,96 25,7725.5725.3625.1624.9324.6924.44 24,1923.9423.69 23,4323.18 22,91 22,6022.37 22,11 21,83

0 ,350 ,360 ,370,380 ,390 ,400,410 ,420 ,430 ,440 ,450 ,460 ,470,480 ,490 ,500,510 ,520,530 ,540 ,5 50 ,560 ,570 ,580 ,590 ,600,610 ,620 ,630 ,640 ,650 ,660,670,680 ,69

21,55 21,27 20,99 20,71 20,43 20,1519.87 19,57 19,31 19,03 18,75 18,48 18,20 17,93 17,66 17,39 17,12 16,86 16,6016.35 16,10 15,85 15,6015.35 15,1114.87 14,64 14,41 14,18 13,95 13,73 13,52 13,30 13,0912.88

0,700,710,720,730,740,750,760,770,780 ,790,800,820,840 ,860,880 ,900 ,930 ,960 ,991,021,051,081.111.141.17.1,201.251,301,351,401,451,501,551,601,65

12,6812,4812,2812,0911,9011,7211,5311,3511,1811,0210,8410,5110,209,8909,6009,3168,9128,5328,1757,8367,5207,2156,9346,6626,4106,1725,8035,4545,1454,8574,5944,3534,1283,9203.726

1.70 1,801.90 2,00 2,202.40 2,60 2,803 .003.203.403.603 .904 .204 .504.805.105.405 .706.006.306.606.907.207 .507 .808.108.408.709.009.30 9,60

10.00

3,5483,2262,9442,6992,2881,9661,7051,4851,3171,1731,0490,94110,81030,70490,61850.54700,48070,43610,39320,35600,32370,29580,27140,24940,23040,21360,19840,18470,17220,16120,15110,14200,1311

Т а б л и ц а 4

а

X 0,05 0,1 0 ,2 0 ,5

0,400 2,45 • 10~® 5,15 • 10-2 0,930 3,790,600 8,03 ■ 10~^ 1,98 • 10-2 0 ,390 . ■ 1,690,800 3 ,36 • 10-;^ 9 ,69 • 10-^ 0,206 0,9371,000 1,61 ■ 10-^ 5,38 • lO -f 0 ,123 0,5801,500 3,81 • 10"® 1,65 ■ 10-^ 0,0449 0,3482,000 1,29 • 10~^ 6,46 • 10-^ 0,0215 0,1282,5bO 5,48 • 10“ ® 2,97 ■ 10-^ 0,0115 0,07673 ,000 2,70 • 10-® 1 , 5 3 - 1 0 - ^ 0,00663 0,0494

п 3 ,3 3 ,0 2 ,5 2,1

5. RaiocMOTipimM ;в заключение нормированную индикатрису Рокара. 'Нормированная mHUtHiKaTipBca определяется формулой ([3], стр. 18)

■^рел(Р)'‘*рел

■(1 -f-cos’ p).

(37)

(38)

11

По формуле (37) вычислены нормированные , индикатрисы, для X=0,550 [1 И'для разных а (та'бл. 5). ^

На рис. 3 приводим нормированные яндикатрнсы ‘ для ряда ~а и для сравнения нормированную индикатрнсу Фойтцика и Цшаека для гори- зональной дальности видимости 5о^200 (км (,ам, {,3] табд, 12)!. Из сра­внения кривых ясно, что но(рмиров1ан1»ые''индикатрисы Ро;кара;, соответ­ствующие аарозолю .с [Микроструктурой дапа (Й), ни при каком. а не совпадут с э;кспе|р1Иментальной индикатрисой. Тиким образом, видам, что

а

0,01 0,05 0 ,10 0,15 0 ,20 «0 = 200

0 1,578 3,602 9,739 19,23 . 126,4 5 ,4410 1,552 . 3 ,476 8,860 15,87 91,66 4,3120 1,480 3,134 6,782 9,351 41,29 2 ,9930 1,370 2,650 4,481 4,523 13,91 2,0740 1,836 2;129 2,680 2,051 4 ,785 1 ,5550 1,094 1,637 1,516 0,8558 1,837 1,3060 0,9606 1,231 ,0 ,8480 ' 0.3947 0,7779 1,0670 0,8514 0,9289 0 ,4887 . 0,1998 0,3801 0,81080 0,7781 0,7163 0,3008 0,1140 0,2151 0,68490 0,7484 0,5878 0,2000 0.07250 0,1428 0,594100 0,7640 0,5147 0,1493 0.05331 0,1046 0,594ПО 0,8213 0,4778 0,1233 . 0,04313 0,08419 0,540120 0,9121 0,4665 0,1100 0.03806 0,07540 0,450130 1,024 , 0,4695 0,1028 0.04035 ' 0,07025 0,552

140 1,142 0,4837 0,1018 0,03470 0,06811 0,558150 1,253 0,4857 0,09692 0,03359. 0,06710 0,720160 1,343 0,5103 0,09530 0,03514 0,06572 1,009170 1,402 0,5019 0,09444 ; 0,03614 0,06560 1,33180 1,424 0,5016 0,09632 0,03650 0,06560 1,57

12

MHiKipoictipyiKtypa аз(розой|Я , ib ко'ТЮ|рО'М йройзйодйшись наблюдения Фойт­цика и Цшаека, явно отличается от микроструктуры (1), принятой Ро- KaipoiM для атмо|оферного -аэрозоля.

ЛИТЕРАТУРА

1. П о п о в О. И. Оптика и спектроскопия, № 5. 1957.2. Ш и ф р и н К- О. Равсеяиие света в мушой среде. ГТТИ. Л. 1951.3. Ш и ф р и н К. С., М и н и н И. Н. Труды ГГО, вып. 68. 1957.4. Я н 'н е Е., Э м д э Ф. Таблицы функций. 1949.5. F o i t z i k L. Zeitschr. Meteor, 4, № 10-^11. 1950.6. G e b be, H i l s u m C., R o b e r t s V. Rrocced. Roy. Soc. A., 206, 87. 1951.7. J u n g e Chr. Ber. d. Dh. Wetterd. US-Zone, Nr. 35, 261—277, 1952.8. R о с a r d J. Rev. d'Optique, 9, 97. 1930.

л. г. МАХОТКИН

ЭКВИВАЛЕНТ МАССЫ БЕМПОРАДА

В статье указывается, что с помощью простой геометрической схемы можно с достаточной для практики точностью воспроизвести данные таб-

. лицы Бемпорада, широко используемой в актинометрии в качестве оконча­тельного результата довольно сложных расчетов, детали которых обычно, мало известны. Дана приближенная формула, лучше характеризуюшая за­кономерность изменения масс, чем обычно приводимая эмпирическая фор­мула. ■ . ,

Вычисленная Бемпорадом таблица «Miacc» апм'осф'ары стовсеместно применяется в актиномецрии, котя с деталями ;Слож1ны1х р'а'счетов, поло- жеганых с ее основу, редко знакомятся даже специалисты. В литературе вст|речается эмпирическая 'формула

т =2,8sec Z — ( 9 0 - г )2 J (1 )

(где /п — iMaicca, z — зенитный угол юолнца в лрадусак), не объясняю­щая, однако, причину выбора именно такой зави1сим01сти. П'оэтому пред­ставляет интерес выбор простой рабочей формулы, наглядно описываю­щей закономерность из1М1ененяя масс. Е'сли атмосфера однородна и имеет высоту h, тогда элементарный геаме'11рический расчет (пренебре­гая рефракцией) приводит к формуле

т

R(где <7 = - ^ , R — радиус Земли, Aq — высота солнца), которая легко преобраэуепся к виду

т =/

(3)

Для Т0ГО чтобы определить эквивалентную высоту атмоофе|ры h, ■юопо'льзуемся. значением т для /2q = 0 , которое, по вычислениям Бем- парада, равно 35,4. Подставляя это значение, а также i? = 6360 км в фор­мулу (3), получаем /г=10,2 нм. Не изменяя .существенно результатов, удабно взять мруглое значение Л =10 им. Тогда

2,0016 ,о Nт = ■ ,— ------------------------------------- . (За)■ У Sin2 fiQ -ь 0 ,0 0 3 1 4 7 -1- s in

Сравнение точных значений т, вычисленных Бемпорадом, с прибли­женными значениями, полученными по формуле (За), дается в табл. 1.

15

Таб лица 1

/г© 0° 1° 2° 3° 4° 5° 10° 30° 60° 90°

По Бемиораду . . 35,4 27,0 19,8 15,4 . 12,4 10,4 5,60 2,00 1,15 1

По формуле (За) 35,7 26.3 19,8 15,5 12,6 10,5 5 ,62 2,00 1,15 1

Имеющи1©ся небольшие расхождения не являютюя-юколько-нибудь су­щественными с .цр'актнчеокой точки зрения, так что однородная [10-иило- М'етровая .атм'оофера может быть принята ib качестве рабочего эквива­лента для описания 31а1шно1ме|рност1и. из'мшевия (масс. Коэффициент 2,00!'6 iB формуле (За) практичёаий можно ^заменить круглым значе­нием 2, ие внося заметных попрешностей. , . . .

с . д . ГУТШАБАШ

РАССЕЯНИЕ СВЕТА В ДВУХСЛОЙНОЙ АТМОСФЕРЕ

Дается приближенное решение задачи о рассеянии света в двухслой­ной атмосфере. Рассматривается чисто рассеивающая атмосфера, состоящая из двух слоев с разными индикатрисами рассеяния. С целью применения полученных результатов к земной атмосфере в верхних слоях индикатриса считается релеевской, в нижних — вытянутой вперед.

В настоящей статье дается трйближеиное решение з-адачи о ф-аосея- ни:и света в двухслойной ^реде. Р1аосмат|ривй1ется модель р-аосеивающей ат1мосф.ары, со1стоящей из двух Ш'Оев с разными ивдикатриоами р^ассея- ния. Эта модель может (быть применена, в частности, ,к земной атмо­сфере.

iB |ра1бота'х В. А. КР'Зта р ] раооматриваласъ такого рода схема земной атмоаф-еры, Н1рич0м принималось во вмимлние лишь рассеяние ое|рвото по|р1ядка. Однако нредставлиет HHTeipec 'раасмотр^еть ту же з-адачу с уче­том рассеяния высших порядков.

Для решения задачи о (раосеяиии ш ета в двухслойной -атмосфере можно 1воапо’л'ьзов.атыоя фо;рмулами, найденными автором [1] для коэф­фициентов яркости диффузно отраженного р {г, г, ф) и диффузно про­пущенного cr(i9', i, ф) средой излучения с (меняющейся индикатрисой р'аюсеяния. Эти ф10рмулы были пол'уиены методо1м В. В. Со|болев1а Р], со- пл-асно которому р1ассвяшие первого норядка -учитывается точно, а рас­сеяние Бьюши'х ио|рядко1В— приближенно, путем сокранения в разложе­нии индикат|ри1сы рассеяния по иолинамам Леж-андр1а только двух пер- въгх членов. ,*

Приведем вкратце постае-овку задачи и результаты, полученные в статье [1], где р1аосм1ат|рив»етоя . р1аосенв-ающая среда, ограниченная дв-ум'я 'пар'аллельньгми -плоскостями. Через Zq обозиачано' р-аостояние ме­жду этими плоскостями, -а через z — раюсто1Яние данного места от верх­ней границы, [Коэффициент рассеяния 'считается зависящим то-лько от глубины a = a (z ) . Вводится, как обычно, -оптичесиа-я толщина to и опти- чеака'я глубина т:

2 q Z

{z)dz, i = j(x(z)dz. (1)

Индикатриса рассеяния в среде считается зависящей от оптической глубины т и обозначается че|рез х{у, -t). При -учете рассеяния высших порядков индикатриса рассеяния полагалась равной

л; ( у , х ) = 1 - f X i (х ) c o s Y, (2 )где

3 "

2 Труды Г Г О , вып. 100б и б л и о т е к а f

^ЛЕНИНГРАДСКОГО I ГЦДРОМЕТеОРОЛОГИЧЕСКОГО I

ИНСТИ rVTA

17

Ёоли црёййоло'жйть, что lapeaa давёщаётся иаралЛёлЫйЬЕМИ лучами, поток которых чф ез ■ ещ,ин1»ч1ную шлощадку, перлендикулярвую дучйм,

равен я5, угол падения i и 1азим1ут 'ф, то для коэффициентов яркости (рис. 1 ), опредеяяемыйх фор1мула>мя i . Li

/(О, е, cp) = 5p (s, i, ср) COS г

■ (V V) = (*> > ?) cos iполучаются следующие соотношения:

а ( » , i, ср) (а , i, ср) + Да ( а , г) + Ао= (&, i) где выражения -

(4 )

(5 )

Pi (®. i, т) sec г весе J х {^ ^ , т)

а, (&, i, ?) = 1 sec i sec f д: (Тр т) rf.(6 )

З а ч и ты в а ю т р а с с е я н и е п е р в 'о то п о р я д к а .Рассеяние высших порядков учитывается членами Ар (е, i) +Ap*(e, С).

и Л0 ('&, г‘)+Асг*‘('0, г), причем

Др(е, i ) ^ \ - 4- [(3 4- X,) COS г COS е -

~ 2 (cos г + COS е)] Ро ( о, е, г)Да (а, i) (е- ® ) -

— (3 -+- д:,) COS i cos (tq, &, i)

Др* (a, i ) = ± f [X , (X) _ ^:^]g-^(sec/+sec3)0

До= (&, i) = -L g.(sec9-seci)

(7 )

(8 )

в этих формулах ■О — улол, тоставляемый выходящим ®з орады излу­чением с нормалью к слоям, 8 = я— — угол отражения.

Далееcos Xi = cos & cos г + sin О sin г cos ср

R (''o> 0 = 1 ~2 ( l — ~2 ®

1 1 _ g— •'O (sec / + secs)

Po ('' 0» ®» 0 “ 4 COS i + cos s1 p— To sec / _ To sec &

ao('^ 05^ .0 = ^ c o s / - C O S »

1 >, Xi = — j x , (x) dx

0

Применим приведенные выше формулы к расчету рассеяния света, в з;емнюй атмосфере. Будем считать земную атмосферу двухслойной.

18 , :.

(9)

в © ер л н и х с л о я х б у д е м сч и н ать й н и и к а и р и су рааоеяю йя р М е е в 1ск ой , а й и и ж н и х — В'ыггя'нутой 'В'перед, т . е . осы ю ж им

= = 0 < т < т „

= при ^1<Т<'Со-Л ю я ст а в л я я э т и зн а ч е н и я в ф о р м у л ы ( 6 ) , п о л у ч и м ч л ен ы , у ч и т ы в а ю ­

щ и е |р.аосея!н,ие п е р в о г о гаарящка,

о, ( а , i , 9 ) = (T i) Ч (^1 а . г) + (т^ ) е~ Ч (^2. О 1г д е

'С2 = То— ''!• ( 1 2 )П |ри 'уч ете (раооеяиия вы ю щ их ло|рядко1В и у ж и о сч и т ат ь

.;Cj ( t) = 0 При 0 < т < т „

a:i ('c) = x п р и t , < ; ' c < ' : q.

Тогда

X, =j _to о

to

Ар (в, i) и А(т('д, i) определяютоя формулами (7), в которых Xi имеет значение (14). Наконец,

Ар* (s, I) = [—л,Ро (' 0. S. О + ‘ "’ро (''2. S. 01 COS г COS е IДо* (&, О = ( ^оД, /) — ('' 2. 01 cosicos & I

Заметим, что значение функции Д{хо, 0>Ро(т > е ,0 . ^Р (е, О 'И Асг('&, <) лрота-булированы для различных значений t, е, i в ра'бйте В. В. Собо­лева [3], иричем последние два для значений лг1=0 и Xi = \.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г у тш а б а ш С. Д . Рабсеявие света в ареде с мшяющейся ивдикат.риоой рас-свяиил. Ученые siainHicHH ЛГУ, серия матам., вып. 25, № 153. 1962.

2. К ip; 13'гг В. А. Неиогго'рые вюирдсы теории видимости наземных объектав с само-'яеша. Изв. ГАО, т. XVII, I, № 135. 1946.

3. С о б о л е в ! В . В. О раооаяши т е т а ш а(гм1асфе1ра1Х аемли и планет. Ученые за-писии ЛГУ, серия матем., вьш. 18, № 116, 1049.

2*

' ■ в . к. КАГАН, А. Я. ПЕРЕЛЬМАН, Е. П. РЯБОВА

ЯРКОСТЬ БЕЗОБЛАЧНОГО НЕБА В ДВУХПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АТМОСФЕРЫ

' На основе теоретической модели Шифрина — Минина в статье рассчи­тана яркость дневного безоблачного неба. Произведено сопоставление рас- " ; считанных изофот с наблюденными. Совпадение оказалось удовлетвори­тельным.

1. Замкнутая Д(вужар’а'|М'етрич'еакая модель атмосферы, постр'о'внная в !ра1б!0те К. С. Шифрина и И. Н. Минина (4], п0(31В0ляет 'решать любые задач®, относящиеся к расчету (характфистик .радиац'ионного поля, в ко- TOjp'bix можно «е учитывать яаглощшие радиации. iB настоящей .работе, в частности, 'р-аюаматривается задача о (расчете яркости дневного без-; о1блач1но;го неба. Эта з-адача возникла в связи, с необходимостью изуче­ния радиащиоиного режима поверхности сложной конфилурации, где требуется вычислить дриход /рассеянной' радиа'ции «а произвольно' о|риент1И|ров!анную площадку. Для выноаднения такого расчета необ'хо- димо знать ра'спределеяие яркости по небоово'ду,- Форм'ула для коэффи­циента яркости неба 0 (#, i, ф) в том же лриближении, в котором вы­полнены расчеты в работе К- ‘С. Шифрина и И. Н. Минина, приведена в работе iB. В. Соболева' [3]. По схеме, развитой в [4], нетрудно опр'еде- лить необходимые данные для расчета а, если (измерить значения основ­ных параметров .So и to — горизонтальную, дашьность видимости и 01пти- чеакую толщину атм01сферы. Расчет расцредел'ания ярко-сти по !не1босводу вьшол1н0н ниже сотлаано данным to и So, полученным эксперим’внтально для 1безо1бла'чного дня 23/VI 11955 т. на (Волховской метеостанции. Вьг- ч’и'сления ведутся дшя Х=0,550}г, соответствующей максимуму спек- трамьной чувствительности 'глаза и одновременно — максимуму кривой плотности спектральной энергии, излучаемой сожнцем.

2. Вычислительная схема:а) формула В. В. Соболева для вычисления ко'эффищиента яркости

p f f t . J? _ [(1 — ^ + 2 1 ^ ("^0 . О 1 s e c t s ,

+ [х ( т ) — (3 + Х |) COS & c o s / ] Oq (ft, 0 ;

б) исходные данные, опр'сделяемые экспериментально: А— альбедо подстилающей поверхности, to — оптическая толщина атмосферы. So — горязонтаяьная далыно-сть видимости, i—■ зенитное расстояние солнца;

в) величины, задава1емые вычислителем:- -(}■ — зенитное (расстояние, Ф—^азимут рассматриваемой точки неба (отсчитываемый от в-артивали сол1Н1ца), Y — угол между направлениями на 'Солнце (/, 0) и в точку неба (■&, ф) из точки наблюдения, 'оир'едел'яемый со'отношеиием'

COS Y = c o s & c o s г - [ - s in S-sin г c o s ср;

20

г) табулироваюные -величины: R{xo, O) ш R{xo, i) — из табл. 1 [3]; сго('&,. О* — и'з табл. 2—'15 ,[3] в зависим'ости от з'на'чения to; x(y) и Xi — из табл. |ГЗ [4] по 5о и to для вюех ©Ычисунен'ных "у-

3. Бычвслен'ия 'были вылолнены для So='20 км, -Го=0,3., Коэффи- 'циёнты^яркости 0 ('&, i, ф), отнеоенны'е к иоэффициёнту яркости <в занойте £г(0 , ф) = сг(0 , 0) для гаяти 'положеиий солнца й зиа'чений альбедо, при­ведены в табл. 1—5. На рис. 1—5 изображ'ены изофоты.

Во всех 'сд'учаях отчетливо выражены ’ два м^акаимума яршста: в'близи шлица и у торизшта. Первый ш них естественно объяснить

хар'актером 'индиватрисы раюсеяния, имеющей р'езкий максимум в на-. 'Правлении падающих луч'сй. Второй максимум овязан 'С увеличением О'Птия'&ск'ОЙ толщи 'атмосферы.

Поя'ожши'е (минимум'а яркости в ир'отивовертикале .солнца о,преде- ляется двумя ф|а1ктора1ми: наличием 1мини!мума индикатрисы рассеяния в напр'авлениях, 'парпендикулярнык па'дающим лучам, и характером из­менения 'оптической толщи атмоюф^ры.

д(0-, у)а (О, 0 )

Т а б л и ц а 1

г = 6 5 .7 ° Л = 0,23

■ 9а ' 0 30 60 90 120 150 - 180 .

0 1 1 1 1 1 1 ; 110 1.220 1,180 1,100 1,020 0.953 0.919 0,90620 1.565 1,445 1,115 1,035 0.913 0,859 0.83930 2,240 1.880 1,400 1,100 0,953 0,913 0,88640 3.420 2,560 1,625 1,195 1,015 0.994 0,98650 5.870 . 3 .410 1.885 1,340 1,155 1.100 1.17060 10.60 4.440 2,250 1.540 1,450 1.485 1,52070 13,75 5,750 2,840 2,030 1,870 1,990 2.06075 13.40 6.200 3,090 2,210 2.025 2,240 2.33080 13.25 6,900 3,710 2.830 . 2 ,650 2.880 3.08085 11.45 7,090 4,070 3.140 3,090 3.360 3,63090 8.390 5,750 3,680 ■2.960 3,000 3.250 3,520

При отыскании о'о ('б', О необходимо'учитывать, что ао(’Э'.- i)=® o(i. ’Э')'-

21

д (». у) 0 ( 0 . 0)

Т а б лица 2

i = 4 4 J ° Л = 0 .15

30 60 90 120 150 180

1 1 1 1 11,105 0,988 0,881 0,837 0,8181,240 0,957 0,806 0,724 0,7051,350 0,956 0,780 0,705 0,6861,415 0,981 0,793 0,742 0,7051,490 1,025 0,856 0,780 0,7801,600 1,150 0,975 0,938 0,9381,875 1,410 1,250 1,225 1,2502,025 1,571 1,435 1,435 1,4752,260 1,820 1,710 1,750 1,7902,530 2,100 2,010 2,100 2,1402,420 2,080 2,060 2,160 2,220

О1020304050607075808590

11,3201,8802,9304 ,7705,2404,4803.980 3,4003.980 3,900 ^ ,410

1 ■ 1,260 1,625 2,120 2,560 2,820 2,820 2,810 2,970 3,160 3,320 3,030

° ( . у) ®(0, 0),

Т а б л и ц а 3

г = 3 7 ,1 ° А = 0 ,15

Уа 0 30 60 90 120 150 180

0 1 1 1 1 1 1 110 1,375 1,375 1,135 0,972 0,860 0,798 0,77620 2,050 1,670 1,220 0,916 0,753 0,685 0,65730 3,320 2,110 1,280 0,865 0 ,685 0,607 0,58440 4,470 2,265 1,280 0,870 0,702 0,635 0,61250 3,360 2,140 1,265 0,893 0,742 0,680 0,65760 2,730 2,040 1,320 0,989 0,843 0,792 0,79270 2,575 2,050 1,510 1,180 1,040 1,035 1,02575 2,585 2,170 1,620 1,325 1,200 1,185 1,19080 2,740 2,095 1,900 1,575 1,461 1,460 1,49585 2,850 2,520 2,095 1,810 1,740 1,775 1,80590 2,510 2,275 1,945 1,700 1,680 1,740 1.770

22

3 (», ?)Таб лица 4

ч (0 , 0 ).г = 5 1 ,7 ° Л = 0,17

0 30 60 90 120 150 180

0 1 1 1 1 1 1 110 1,240 1,195 1,105 1 0,925 0,878 0,86020 1,665 1,500 1,200 0,994 0,867 0,809 0,79130 2,410 1,940 1,340 1,025 0,872 0,814 0,79140 4,000 2,490 1,460 1,058 0,901 0,838 0,82050 6,170 2,940 1,580 1,130 0,950 0,919 0,91360 6,240 3,210 1,730 1,260 1,095 1,075 1,08070 5,370 3,450 2,04 1,521 1,385 1,335 1,42575 5,200 3,600: 2,230 1,620 1,560 1,620 1,64580 5,170 3,800 2,500 1,990 1,870 1,960 . 2,01085 5,100 3,950 2,780 2,260 . 2,160 2,310 2,38090 4,210 3,500 2,630 2,210 2,200 2,330 2,410

Рио. 3.

а(О, 0)

Т а б л и ц а 5

г = :73 ,8^ у1 = 0 ,24

%■ 0 30 60 90 120 150 180

0 1 1 1 . 1 1 1 110 1,165 1,150 1,080 1,015 0,954 0,929 0,92320 1,430 1,350 1,180 1,030 0,935 0,881 0.88130 1,970 1,740 1,365 1,120 0,977 0,971 0,96540 2,920 2,305 1,585 1,220 1,075 1,060 1,07850 4,620 3,230 1,895 1,390 1,255 1,285 1.315

' 60 8,230 4,340 2,330 1,670 1,530 1,620 1,68070 14,70 6,040 2,960 2,110 1,980 2,160 2.30075 16,95 6,970 3,420 2,430 2,330 2,560 2,77080 18,15 7,600 . 3,890 2,830 2,770 3,060 3,370'85 ■ ' 15,40 7,630 ' 4,090 3,110 3,100 3,440 3.810

. 90 9,930 ' 5,750 3,410 2,720 2,760 3,030 3.300

23

Полученное нами ращр'еделшие изофот (согласуется с измерениями М. П. Маволовой fl] и мяоточи'ол'ениыми зкаперименталшыми данными Е. В. .Пяоковшой-Феоенковой [2].

' Перебчет опытиы-х данных Е. В. Пяокоисшй-Фесенковой из абоо- лютны'х единиц е отноюительные дает хорошее совпадение с результа­тами юаших вычислений и ’подтверждает, что иайболее неравномерное раопреддаение яркости по небосводу имеет' место при большй'х зё1нит-

, ных р-аостояниях оолнца. ’ .Раосчитанное. раопределение яркости по небу повволяет определить

поток |р1аооеянной радиации на произволыно ориентированную плош;'адку

по измеренной величине иитшетвности облучения торизонталыной ого- верхности'.

Для этого достаточно иугем численного интегрирования найти через вычисленные коэффициенты яркости ш ток на горизонталшую поверх-

Рис. 5.

но-сть в относительных единицах,.-а затем, исполызуя найденную экспе­риментально величину потока на ту же поверхность, перейти - к физи­ческим единицам.

Настоящая pia'6oTa выполнена по предложению iK. С. Шифрина и под его руководством. ' ,

ЛИТЕРАТУРА1: ' Крн д р а т ь е в К- Я., К у д р я в ц е в а Л. А., М а н о л о в а М. П. Р'аспрадше-

: ., 'еи е эвергётичасной !и. оветавюй ингганвивеоти ;раасеяяной р-адиации атмосферы ио небесному юводу. BecTiHUK ЛГУ, № 5. 1955. - |

2. П.я с к о в с к а я - Ф е с е н к о в а. Е. В. I Исследование рассеяния, света , в земной, ■ ' атмосферё. Изд. АН СССР, М. 1957; '■ i

3. С л б ' о л е в В. В. О рааоеяиии света в ашмоЪфйре Земли и пианёт. Ученые зайи'ски. ЛГУ, № 116. 1Э49. : I !

4. Ш и ф ' р и и К- С. и М и н и н И. Н. 'К теории яеюризонтаЛЕкюй видимости. ТрудыГГО, вып. 68. 1957. . :

к. с. ШИФРИН, Е. П. НОВОСЕЛЬЦЕВ

ИССЛЕД0ВА11ИЕ НЕКОТОРОГО КЛАССА ОПРЕДЕЛЕННЫХ ИНТЕГРАЛОВ, с о д е р ж а щ и х КВАДРАТ БЕССЕЛЕВОЙ

ФУНКЦИИ ПЕРВОГО ПОРЯДКАВ статье развивается метод вычисления некоторого специального

класса рпределееных интегралов, содержащих квадрат бесселевой функции первого порядка. Эти интепралы нужны для исследования распределения света, рассеянного полидисперсной системой под малыми угйами.

§ 1. ВведениеВычисление рашределения ш ета, рассеянного полндиспфсной' си­

стемой под !малы1м1и углами;, ,приводит ори О'пределенных, впрочем до- . В'олыно широких, ’предположениях о типе кривой распределения частиц по piaeiMep'-aiM к необходимости вычислять ееиотарый класс определенных интегралов, содержащих квадрат 'бесселевой |функция первого порядка. Речь идет о'б интепралах вида

со, = (1 )

оФ'ор1мулу, ( l l ) 'будем рассматривать как определения некоторого

класса спе'цеальнъюс !ф;у1Н1кций ф ([а). ' ' "'Изучение (овойств функций фу (|х) и способов их вычисления -было на­

чато в [4]. Там был рассмотрен случай целых к. В настоящей работе, которая являетоя неио'аредствшиым продол'жейием [4], будем считать k любым целЬш, или дробньвм. iKp'oiMe того, раюам'отрим здесь также об­общение ф'орм'улы (|1) на случай, когда показатель степени z в экспо-

'нейте отличен от Вд'иивцы.

§ 2. Область определения, характер изменения,В 'оилу извеопны'Х а10си1М1птотическ1их шойств 'беоселевых функций:

при (2 < ^ 1),

- ФЬрмулЬй (1) на'Шй фугащйи Фй(М') Определ'еМЫ в области . л ; l < V f e < . . + po;; 0 < | i < - j - o o .

Заметим, что по 1смы1слу нашей за'дачи о рассеянии:, оветз... парам етр' k всегда должен быть больше двух [б]. Поэтому интересующая нас об­ласть задйния 'функний ф^(ц) Опрёншйет^ся-нер'аввнств'ами:- ■ -

2<A-<-i-oo; 0-<ia<4-oo, (3);25

И з (ll) с л е д у е т , ч т о ф ун к ц и и ф^,(|л) у д о в л е т в о р я ю т с л е д у ю щ е м у д й ф - ф’а р ш ц и а л ь н о 'м у о б о т н о ш ен и ю :

(4)

Т ак к ак в с е ф^(!л) нодю ж и телы ны , и з ф о р м у л ы (4 ) с л е д у е т , что ф^({г) я в л я ю тся OMOIHOTOHBO убьив'аю щ им и фуН 1КЦИЯ.МИ [X.'

§ 3, Целые индексы

- -Ф о р м у л ы д л я ц ел ы х и н д е к с о в б ы л и п о л у ч ен ы в [4]. В ы п и ш ем и х 31десь д л я п о л н о т ы . И а п о л к зу ем , т р и это'М:; а б о в н а ч ен и я - ,•

; : ; v , ...... ®

к (х ) и Е { х ) — п о л н ы е эл л и п т и ч еск и е и н т ег р а л ы о т х.' Ф ор м ул ы , пр и- !веданоы 1е н и ж е , п о зв о л я ю т в ы ч и сл ять ф у н к ц и и ф;^(|г)\ с и о м о щ ь ю т а б л и ц

ф у н к ц и й /С и Л ; . -

(6 )

------^ - ^ { ( 2 ^ л 2 ) £ - 2 ( 1 - х * ) А : } , V )■ 2те(1 - ;с 2)2

... { ( 2 x ^ - l ) B - q - x ^ ) / C } . ( 8 )

<Рз (Р) = -------3- { ( - 8- + 13x2-5) Е ^ ( 1- ^ 2) 3 ) /С} (9)8п:(1 - ^ 2 ) 2

1 6 . ( 1 - ; ^ { ( 1 6 х ^ - 4 0 х ^ + 3 0 х 2 - . 4 > £ +

+ ( 1 - ; с2)(8х" -1 3 х2 + 4) /< }, ^ : ; аЯу6

<Pg ( ,) = ------ ^ { (-128^8 + 424х«-499л:^ +3 2 j t ( l— х2 )^

+ 2 3 U 2 - 2 0 ) £ ' + ( 1 - л ; 2 ) ( - б 4 л : ® + 1 5 6 ;с - 1 1 6 # + 2 0 ) /< : } , ( И )

'Рб (1 ) = ' б4^'( У - ~д;2)з { (1 2 8 0 л :'0 -5 2 4 8 л :8 + 8 2 8 6 ; с в - 6 1 4 и ^ + 1 9 8 3 x ^ -

- 1 2 0 ) Е + ( 1 - х 2 ) ( 6 4 0 x 8 - 2 0 6 4 x 6 + 2 3 6 7 x 4 ^ .1 0 8 3 х ^ + 1 2 0 ) /С ) ,. ( 1 2 )

Ф^,((а) = ------ --------------- - { ( - 1 5 3 6 0 х * 2 + 7 4 8 8 0 х " > - 1 4 7 5 5 2 x 8 + 1 4 8 4 1 9 Х ® -

128тс (1 — а-2)'2~

- 7 8 174х^ + 18867Х"—8 4 0 ) £ + (,l-x^)(;-7680x^o + 3Q72Dx»:- ., ■

- 4 7 256x^ + 34 143x^-10 887x4-840 ) а: } . (13)26

Нетрудно показать, что из формул (3), (28) и (20) -в [4] вытекают следующие гариближениы'е фдрмулы дая фд,([х) дри малык и (больших р,;

■ге|л.(14)

(15)

Таоким образом, фй(р-) имеет цри р,=0 полюс порадка к\ при боль­ших (Л с (ростом, р, фй ([х) убывает, как р, .

.Таблица Фй‘(р) для А=0, 1, 2, 3, 4, б, 6, 7 приведена ниже’.

§ 4. Дробные индексы

Дяя ВЫЧИ;СЛ.еНИЯ Фи (р) при дробвдм k Эа(М'вНИМ Jl(z) <в (1) рядом Неймаиа (f l], <стпр. 43)

( - 1 ) ' ” Г (2?я -{-3 )г^ '” + ^22'» + 2г ( т ^ 1 ) Т ( т + 3 ) Г2 ( т + 2)

, Подставляя ((16) в(1) .и учитывая, чтю 00

dz = Г (& Ч -2»гЧ -3)f t +2О Т + 3

найдем

(—1)'"Г(2/и + 3)r(fe-f 2т -Ь 3)

т — О

(16)

(17)

(18)

Т а б л и ц а 1

% f ’l 92 Ь ' ?4 % <Рб Ь

оо 0 0 0 0 0 0 0 05. 0 0,002914 0,002125 0.0014&1 0,001304 0,001380 0,001672 0,002272 0,0034244 .0 0,008542 0,004038 0.003872 0,004115 0,005113 0,007250 0,01140 0,019443 ,5 0,009115 0,007053 0.006722 0,007853 0,01072 0,01639 0,02787 0,052023 ,0 0.01360 0.01170 0.01243 0,01602 0.02338 0,03995 0,07367 0,14942 ,5 0,02298 0.02005 0,02425 0.03502 0.05733 0,1052 0,2129 0,48022 ,0 0,03665 0.03838 0,05211 0.08291 0.1516 0,3119 0.7291 2,003 ■1 .5 0,06400 0.07905 0,1213 0,2197 0.4662 1,164 3,561 13,621 ,0 0,1263 0.1815 0.3298 0,7904 2 .114 : 7.954 38,43 225,60 ,9 0,1456 0,2194 0,4160 0,9983 3,157 13.26 71,60 472,20 ,8 0,1704 0.2658 0.5341 1,3951 5,008 23.77 145,6 10720 .7 0,1982 0,3274 0.7021 2,036 8.281 45,96 324,0 27370 ,6 0,2141 0,4144 0.9518 3,166 15,15 99,45 826,0 83630 .5 0.2877 0,5292 1,360 5,298 30.58 240.6 2364 2736 • 10'0,-4 0,3418 0,7655 2.098 . 10,14 73,67 730,3 8945 1279 • 1020 ,3 0,4254 0,9820 3.751 ■ 24,50 243,8 3257 5438 • 101 1101 -1030 , 2 0,5435 1,516 8.092 79,02 1181 2332 ■ 10> 5845- 102 1773 • 100 ,0 оо оо 00 оо оо оо оо оо

Для ф ,(р-) получили энакопер'вмшный ред.

Данрые для .ф4(ц) заимствованы из. работы (4].

27

СВ (гх) - + Г.(^ + 5) 1 , 5 T j k + 7 ) 14(д.* + ® I 4Г(Й + 3) (л2 “Г 192Г + 3 ) j;,4

Эту фо|рму:лу можно 1ратем;атри1вать «ак ot6oi6meHiHe формулы (15) на -случай д|ро1бных к. При [х ^ 1 получим

Для выианвния о'блаюти сходимости ряда (18) достаточна по прмбнаку Лейбница опр-ещелить, nipin каких [х а'боолютные, величины' членов этого -ряда будут (убывать ic р'остом т. При больших m ( ^ 1 ) , используя формулу Стирлинга

___ ™т + 0,5(19)

легко вайдем, что(— ^\m ! О \2т

(2 0 )

Раскрывая формулу (18), иайдам '

4 ( - 1 Г ( 2 У ’"

Отсюда следует, что ряд ('li8) сходится npin(2 1 )

. Для этих значений jx м-ожно с помощью рада (йв) находить зиачения функций ф; ([х) при лю1бы1х k как целых, так и дробньгх. Р.а!зумеет1ся, для значений [л, 'близких к ,2, необходимо 'б|рать значительное числ10 чле­нов ряда, чтобы иол'учить хорошую точность. Найример, для О'и р,='2 имеем

/04 _ 1 / i 3 , 75 245 ,, 6615 1 - Аfo 16 \ 4 -1- 128 4096 131 072 • • • j •

-Здесь видим, что, желая получить, точность всего в 5%, -необходимо учитьшать уже пять членов ря|да. ,

Из формулы (1) между тем видно, что-значение (х = 2 отнюдь не яв- -ляетоя в каком-то -смысле критическим .для фу1н®ций 'ф^()х). Это воз­никло просто в результате применения для вычисления <Pft(.Li) -ряда (18). При (X 2 члены этого ряда с увеличением номера т возр.а1стают по

."абсолютной величине. Наиример, дитя fe=O.H [x=il имеем

'Po(D==-f 1 -1+1-I _ 1 4 - 661564

т. е. ряд р'а0Х‘01дится.Для вычисления ф^(|х) при |х < 2 расс-мотрйм контурный интеграл

. _ 1 г T ( 2 z + 3) T ( k + 2 Z -1-3) T ( - z) dz' 22 + 2 Г ( г + 3 ) Г 2 ( 2 + 2) !л + 2г-ьз- . ■

' - Контур (L ) , по которому производится интегрирование, состоит из мнимой оси и полуокружности |бе0йонечного райну-са, расположенной в правой -полу-плоскости. -Начало к-о-ординат включается нами .внутрь области интегрирования. Оно обходитс-я по беакон-ечно малому полу­кругу -слева, так что на- всем контуре [L) -подынтегральна-я функция ре­гулярна. I

■Вначале б'удем считать ц > 2. Нетрудно показать при этом, что. ин­теграл (122) совпадает с рядом (1(8).. Действительно, поскольку полюса

•28

подынтегральной функции совпадают с полюсами Г-(—2), они распо­лагаются на .вещественной оси при целых положительных 2= т . В т-ном полюсе вычет будет (см. f3], стр. 446).

( - ! ) ' «Г ( ж + 1) •

По теореме -Коши для интепр'ала (22) теперь получим

г V ( - 1 ) '» Г ( 2 /и + 3 ) Г ( й + 2 т - + 3 )‘ " o ^ 2 ^ '" i+ ^ Г (m -tr l)T (о т -Ь З )Г 2 (/к -l-2 )(д .* + ^ '" + ® ’

т. е. в ТОЧНОСТИ фор(мулу (18).: (Покажем теперь, что вклад 1в интепр'ал (22) от участка контура L,

соо№етствующего бесконечной полуокружности справа, р'авен нулю.В. этом Легко убедимся, если докажем, что

г / ( г ) — 0, |2;Г— со, (24)оде / ( г ) — подынтегральная функция в (22) ([3], стр. 4М). Для этого применим фо|р1мулу {Щ-, которая верна не только при вещественных, но 'И лри ко'мплеконьих значениях аргуметта (за исключением отрица­тельной вещественной полуоси).

Заменяя

Г ( - 0 ) =( 1 + 2 ) Г ( г ) 8 Ш 7 1 ( 1 + 2 ) ’

найдем, что

Поскольку вадественвая ча'сть z положительна, - при ц > 2 это вы­ражение стремится к нулю.

Таким образом, контуром интегрирования в интеграле (22) можно считать мнимую ось (-слегка деформироВ'анную у нуля ’ ).

Теперь рассмотрим случай [л<С2. Обратимся снова к интегралу (22) и во.зьмем там тот же контур L, н-о только бесконечную полуокружность возьмем не аправа, а гарева от манимой оси. Точно так же как и выше, найдем, что иителралом по этой полуокруж1Ности можно пренебречь. Применима та же формула (25). Пр.и и для отрицательной ве­щественной части гздесь’так ж'е, как и выше, выражение (25) стремится к кулю. Таким образом, и при i x < 2 можно считать контуром интелри- рования (деформированную) мнимую ось.

'Выше было показано, что ннтепрал (2'2) совпадает с функциями ср) :([х) для [X >-2. Это верно, как это видгао из доказательства, не только для вещественных ео и для всех комплексных |х из области / (рис. 1). Эта область определяется неравенствами

, М Н > 2 , ^ I i . > a > 0 , >

C! — любое число.■ Очевидно, что для лю бы х;./?е[х>а> О функции ((л). будут регуляр­

ными функциями от [i. Следовательно, если докажем, что интеграл (S2) также представляет собой регулярную функцию от [х, то в силу теоремы

' Из. оценки (25) вытекает, что условие (24) будет нарушаться на полуокружно­стях, проходящих через целые 2 , (там sin Я 2= 0). Но если считать, что радиусы полу-

2п -|- 1окружностей принимают значения, например, равные — g— ■ , где п — целое, то усло­

вие (24) выполняется.

29

о-б./аиалипическом ггродолжении можно ,пользоваться интелраиюй’ (22) для вычисления ф| (|д,) для всех } г > а ^ О .

Докажем теперь, что интелрал (22) —дёйствительно регулярная ф'у|нкция от fx. Рааамбтр’ению подлежит обл1асть плоокости комтлекс- ного переменного |i, примыкающая к отреэну веЩестванной оси a < i?e[x < 2. Предоояожим, что область имеет форму сектора (рие. 2), ограниченного лучами

2arg — < <Ро и дугами; окружностей — а < I [А к 2,

где фд— фи1ксир0!ва1н1ный угол ('меньше-^). . . .В соответствии с теоремой из if3] .('§ 70, стр. 266) для доказательства

регулярности интеграла i.(22) достаточно показать, что он Ьходится рав- яомфно для любых |х. из обла1сти II. Для краткости рассмотрим только поведение интеграла на в'ер'хвем пределе z=iy, у"^ 1.

менного (X-Рис. 2. К доказательству регулярно­

сти интервала /ь

Пусть дано произвольное s ^ O. По 'признаку КоШ'И достаточно дока­зать, что найдется та^кое А > 0. Как только Ль Лз > А, то

Г f { z , f ) d zА , .

при всех JX из области II. Действительно, при больших у примбним-а О'цшжа (25). 'По1Сле очевидных преобрававаний, опустив несущественные, мно'Жители, по лучи к , -

(26)

/ ( 2 , [А) d zАг

<

Так как 2 ф jt, правая часть этого нераввйства при достаточно больш'ом А будет М'шьше е, т. е. приходим к неравенству (26). ■

'Следов'ателыно, для вьичиотения ф (|х) при jx < 2 можем истольз'оватъ 'Интеграл (22). Вычисление же этого интеграла аравнйтелыно просто. Замыкая ко'Нтур беаконечной П'ол'уокружн'остъю .слева, найдем, что f{z) имеет полюсы там, где имеются полю'са у функции Г (2z-h3) и r (2 z + ^ - f 13), т. е, при , : ;

20 + 3 = - / , / = 0, 1 , 2 , 3 . . . ;2г + ^ + Э = - « , я = 0 , 1 , 2 , 3 . . . ‘ (27)

30

при. учеше (23)' теперь получим ; '

У== +

+^ < _ , , , Г ( - » - * ) г | « + | ± 1 ) 2 ' + ' + ‘

= ? ^ : й » 4 - ( к : ( г = 5 = ^ ) п ( 1 ^ ^ '

(28)

В ойлу\др'0|б'йост,и inapMeTipia А оовгиадение полюсов I :и п невозм'ожно. В гар10пи1в«0,м случае, т. е. если бы к было щелы'М числом, полюса r(2z4-3) и r( '2 z+ ^+ '3 ), рэчииая с иекотарого номера, стали бы к|р'.ат- •ны1ми,и нужно было бы находить вычеты не от эних функций, а от их произёедения. В первой сумме в формуле (28) все нечетные члены обра­щаются в нуль, так «акв знаменателе стоит Г которая для 1=1,3, б , . . . об|ращаетоя в беснонечность.

Таким «браэом, найдем ■ --А

р = Оч -

+л = 0

(29)

РДодрывая суммы IB. (29),-|цридем к следующему-ряду для функций <Pj (fx) для ] х < 2:

Г2Г(&) 1 7

ЗГ {k — 2) 14я .ft —2

45Г(Й — 4) 164тг u.ft-4

1 5 7 5 r ( f e - 6 ) 1 3-1053Г ( й - 8 ) 1512те f t -6 + .

. 2

163847U

- 2 + 2г ( - А - 1 ) г ( Щ )

Г ( г ) г ( ^ ) г 2 ( 1 ^ ) ; Г ( 2 ) Г ( ^ : ^ ) Г 2 ( —

■; V ^ + ^ г <--2-^:А)

Г ( 3 ) Т ( Ц ^ ) Г 2 ( = ^ )

45 r j k - 4 ) , 1575,.П ( Й - 6 ) V 3 . 1 Q 5 3 r ( f e - 8 ) „ , I ,128 , Г ( й ) + “*“ 1024 Г ( й ) ^ 3 2 7 68Г (й ) I* "Г • • -J Т

2*пГ ( - А ) Т ( Щ ) ( л* - 2® + Ч г ( - 1 - й ) г ( 1 ^ )

+ г2 r ( f e ) 1те [li*

•(X +

^ [ Г ( Й ) Г ( 1 ) Г ( ^ ) Г 2 ( 1 - ^ ) Г ( й ) Г ( 2 ) Г ^ ? ^ ) г 2 ( ^ - - | )

2 + 2 , г ( _ 2 _ , ) г ( ^ ) ■

г ( ^ ) г ( 3 ) г ( 1 ^ у г 2 ( : ^ ^ ) -

k + i Iн- +

(30)

31

Для илл’юспр'ащии оолученных формул был .пррижедвн (расчет ф (|-1)■ 1 3для лолуцелых индексов -g", - у дЛя ряда значений ]х.

Сравнивая полученные при этом данные iC табл. 1, видим, что значе­ния при полуцелых иядекса'х прйблйзительно Л1инейно интерполируются значениями при целых индексах. Результаты расчетов изображены также на (рис. 3 и 4, оде привёдены кривые cp^(ii) «ан функции ц,и к.

Зам'етим также, что формулой (30) можно пользоваться и цри це­л ы х ^ , ио только для тех первых полююов (подьштапральной функци1и в (22), которые еще не являются кратными.. Из условий (;27) видим,

• VЧТО это начнется с l=k: Таким образом, первые слагаемыхв первой сумме (-30) можно использовать для вычисления при малых [X и целых А. Так, например, при ]х < 1 для ф4(ц) найдем из (30)

(31)

'При [х=1 эта формула дает для ф4(11) 2,04, тогда как точное, з(наче- ние ([4], стр. 1G1) 2,1(1, для |л=0,5 находим 31,0 и 30,6 соответе.твенно. Таким образом, для [д. < 1 совсем простая формула (31) имеет точность0|КОЛОЗ% .

§ 5. Обобщенные функцииВ (ряде случаев оказывается необходимым наряду с функциями

9* (й') раюаматривать обобщенные функции ф (|х), оп{^ед-еле1Н|Ные фо1р- мулой (32)

С О

J z'"e~ (2 ) d z = (M-). (32)О

'При эти

32

Р'бо'бщбнные ф'удацви зависят уже от трех .параметров. Они удовле-■ тваря'ют :следующему дифференциальному .соотношению:

doi (ijl)(33)

которое является О1бо(бщением формулы (4) для функций Фй([х) . 06- 01бш;е1ННЫ'е функции существуют в той же области значений ^ и [г, что и обминовенные функции для всех y > 0. При у отрицательных .функции

(М') существуют при отрицательных кК При вычислении обо'бщен- ных ф,ункций можно иапользовать те же 'методы, что и при вычи'слении

, Так, оодставляя (16) в (32), придем к интепр'алам видаk -j— 2/К -j- ,3

ft 2/71 3 *и TH- V

Таким 0i6p.a30iM, придём к знакопеременному |ряду( - 1 Г Г ( 2 « г Ч - +

(34)

■ т + \

(37)

------------ ----- -------------- ---------- и + ш + г- - (35)^ 0 т2=*'” + 2Г(и + 1)Г(/п + 3)П (т + 2)[. ^

Для, оценки области сходимости этого ряда рассмотрим отношение последующего члена ряда Л т+i к предыдущему А . Бели опустить при этом множитель (—’1)*”, то область, где это отношение окажется меньше единицы, будет областью абсолютной сходимости ряда (35). Итак, имеем

(2?и -|- 4) (2от -f 3) Г (д ~Ь тпЬ Ь)___ (36)' 4 ( т + 1) (и + 3) [Д.* (/й + 2)2 F (а + тЬ) ’

здесь мы ввели обозначения =а, ~ =^- Используя форм'ушу (lli9),

получимА „ I , / и \Ь

limт —> о о '

Отсюда юледует, что .при 6 < 2 р:яд (35) 'сходится абсолютно при лю­бых .{Л, при 6 > 2 он абсолютно раоходится, при & =2 'приходим к щр'ите- рию (2|Г) . Учитывая (36), найдем, что для абсолютно'й сходам'о'сти’ ряда (35) при любом [J, достаточно, чтобы

7 > 1 . (38)Banipo'C '0 око.р'о'сти сходимости, т. е. oi6 . удобстве и'спольз'оваяия

ря'да (35) для 'вычисления (ц,), разумеется, при этом остается отиры-- тым. .'При 'V, близких к единице, скорость сходимости ряд=а (3'5) будет сильно зависеть от того, близ'ко ли ц, к 2 или пет. Случай ( ^ > 2 )■М'О'ЖЗНО раюам'ртреть так.же, на'к етучай ц < 2 в § 4. Обратим'ся к контур- .ному интепра'Л'у

1 с г {2г + 3)Г (а+ bz) г {-z)dz .оду2 2то 3 ^ . 2 2 г - Ь 2 р ( 2 + 3 ) Г 2 ( 2 - Ь 2 ) +

iB качестве контура интегрир'ования внача'ле выберем мнимую ось, которую замкнем полуоюружн'остью спраВ'а. 'В-этом случае, учитывая форм'ул'у (23), вериёМ'СЯ к ряду (35). Далее точно так же, как там, вклад

' О кривых распределения, приводящих к необходимости вычислять интегралы типа (32) [6], § 5.

3 Труды гго, вып. 100 ■

в интеграл от бесконечной оошуоиружности ,равен Нулю!-Это чвиьщноу-ёсли рассмотреть цредел, zf{z) .(qpai |г|—оо), ,'оде /(.2:) шодынт.еграль1на'Я функ­ция IB (39). Опуская имущественные слагаемые, найдем, что

l n z f { z ) ^ z ( b —2) lnz . (40)г |— 'С О

Таким образом, гари 6 < 2 и i?e(^ :)> 6 In zf{^) —оо, т. e, -zf(z) r O. ,Дри '6 ^ 2 возымевд замыкающую полуокружность /слева,.. Теперь,

/?е(г)< ;б (Re In 2:;в1Ь епда> 0)и, ’следователъно, zf {z) также будет стре­миться.к нулю. (Полагая теперь, что наш интепр’ал (39), контуром в ко- тор'ом стужит мнимая ось, будет регулярной функцией по у без труда ' найдем, что значение (|л) при у< 1 М10жет быть найдено по (39):, если взять вычеты в левой полупл101ско.сти. Подынтет1ралБ,Н1ая функция имеет полюса в точках: .

, 2z + d = - l , / = 0 , 1 , 2 , 3 , . .

а + Ьг = Ц ^ + ^ ^ - п , п = 0 , 1 . 2 , 3 .... ■ (41)

При учете (23) теперь получим

1 ^ ( - 0 T < - » 1 - » ) r ( i ± - 3 - t i . ) 2 ' 4 + ' + l

Г ( ^ + 1) Г ( п ■'

Оравиивая (42) с форм'улой (28), видим,'что новая формула в точ­ности совпадает с прежней, если в ней у заменим на единицу. Для не­которых k 1и у оба полюса' в (30) могут при о,пределеннык I 'О'ка’заться совпадающими. .|В. этом случае нужно было 'бы вычислять вычеты от П|рсйй31ведйния 'О'беих га'М1М.а-функ'Ций. 'На этом. 'ОоЪбом случае далее оста- навгаи'ваться не будем. . . . , , ' . - '. 'В первой сумме в .(42) Bioe нечетные члены.равны нулю. Таким .о[брл-,. зом,'получим . . ’ .■'■ ■ . ■ i-

= ^ ^ — 7"3---------^— п ------- +

1 ^ 1)”Г ( - гп - fe) Г ( ^ ^ ) 2”т + ^-F 1- -

Т ( . ++ ^ -------------- Г ^ЗГ 177=Г Г Г "” 7Г =Г ;Г 73Г ьГ ~ 1 .” ... .'..(4 3 ),

или

27;

2Г1 т ) . .

. . _fe .1 . 4it f e - 2

' .Это доказательство мы. за краткостью опускаем. Оно подобно toMy,- которое приведено нами в § 4. •34 .

45* — 4

64тс fe -4 Т

) :, 1575 “512те k - 6 +

Г ( - А ) Г ( ^ ф ) 2 ^ + 1

Г ( _ -г - Л) Г 2Т + * + 1

Г ( 2 ) г ( ^ - 1 —р- "F

4-г ( - 27 - А) г |3 ± -^ L ± A j г^т+ ^ + 1

г (3) г 3-2у-&

в рйде случаев удо-бно иметь аоаимлтотические формулы для ((х) Из ф|01р‘мул (44) и (35) имеем

' ( i ) .

1 _ 2 f - й (44)

—(45)

r f A ± i )

(t^) = - - 4I (н -> > ! ) •IX Т , ; . ,

■ Й 6 )

Соотношения (45) и (46) являются обобщением формул (14) и (15) На■случай ироизвюлыных k я у.

§ 6. Частный случай обобщенных функций

iB .частном случае y = 2 о;бо1бщеиные функция ф | ( [х) можно легко вЬг- 'разить через гарота'булированньге фуннций. Для этого о1братим1ся ,к фор- 'МуИб, (указанной (Вебе|ром ([1],-ютр. 433). ■ ■>':

(47)

Здесь 7i(a:) бесселева функция от мнимого аргумента. Таблицы этой функции так же, как и функции J(s{x), появляющейся далее, приведены в [2], CTip. 50—05.

Формула (47) о1зиачает, чтю

(48)

С помощью X соотнощетаие (33) ;в 1раосмат|рив'аемо1м частном (слунае дает

3*

(4 9 )

35

Используя эту формулу, а также известные функциональные соотно­шения между, бесселевыми функциями (см. fl], стр. 93)

у ; ( х ) = у 1 ( х ) ,

(50)

лепко найдем следующие формулы- (для: удоб'Ства записи используем ниже ®а'к [х, так и т ) :

'Рб(Н') = - ^ [(ЗИ‘ - 1 ) Л ( ^ ) - ( 2 [а — 1 ) Л ('^)]

'?7 (1 ) = ^ f + 1) Л (^) - (б[- н- + 1 ) л (^).

? 9 ( Н ' ) = ■ 4(л9 L( 6 Q , x 3 _ 5 V + 1 4 p - l ) y o ( x ) -

83

(51)

- ( 2 4 p .3 - ^ t . ^ + 1 3 [x - lj/ i(^ )_ :

Т?, (1 )= [ ( - 420(х + 63? ^ + l) (,) _

- ( l 2 0 i ^ ^ - 2 9 V + ^ t - 2 - ^ , . + l ) A ( - ) ;

'формулы (51) удобно использ10вать при вычислении таблиц функций (р|([х) для нечетнык/г.

В 'за1КЛ1Ючение автор .выражает бламдариость А. Я. Перельману за цредложенное им доказательство-регулярности интеграла в (22).

ЛИТЕРАТУРА . : : : .

1. В а т с о н г. Н. Теория бесселевых функций, ч. I. ИЛ, М. 1949. ; ,2. В а т с о н Г. Н. Теория бесселевых функций, ч. II. ИЛ, М. 1949.3. С м и р н о в В. И. Курс ВЫШ110Й маггемаоткн, гг. III, ч. II, 1949.4;: Ш и ф р и н К. С. Вычисление гнековдрюро клаиоа ошр^еиеланных ингелралов, содер­

жащих квадрат бесселевой функции первого порядка. Труды ВЗЛТИ, вып. 2, 195I6.

5. Шй ф р ' Ин К. С. Огатичёсиие исследования юбяаганых:часшиц. Трдаы V Меж'ведом-сившйой О|б'лачн'ой ионференции, Гиирюметеаивдапг. Л. 1957.

6. Ш и ф р и н iK. G. О ВЫ1ЧИСЯШИИ радиационных ивюйств облаков. Труды ГГО, вып.46(108), 1956. . ‘ '

’■■Л

- ' , , ; ' Е. ТЕРЩАРЩРЯНЦ

О СРЕДНИХ ДНЁВНЫХ ВЕЛИЧИНАХ АЛЬБЕДа М()РЯПолучены среднедневные величины альбедо моря для суммарной ра­

диации с учетом волнения и обратного, рассеяния радиации водой для ши­рот 30— 70° в ; различное время года. Расчет произведен как для безоб-

■, лачного неба, 'так к для различной степени, закрытости небй йблаками г ; нижнего яруса. Полученные данные могут быть использованы^ в кламатб- : логических расчетах. , | '

' Для )КЛ1и;мат0Л10ШЧ'еск»х (расчетов большой ;штерёс: П'редетйвлйет’ во­прос о' средних, Ееличинах алйбедо водных иов^рхно'стей :(длй данного дая,,мешца)'., ’cV ; О'

О. ,П. Кузнмин [4] 'Предложил !вычйсл1ять ореднюю за день величину алыбедо водных иов^рхностей но пошуденной .высоте солнца.

С.,,И. Сивков [5, ф дал оозднее .обоснование такого способа,одареде- л©н1И1я '|Сред'неднев!ных ©еЛичии Зальбёдо ,и р^ассчитал Ареднемеоячнме’ ве- ли(Ч1ины алыбедо водной иовар'Хности для- пргамой радиации ва^’шрротах 35-^80°; ' ■ ' . ' '

Рщ авторов: (П. П. Кузьмин, А,.,мП. Браславский и 3.; А. (Викулина, М. Й. Б^ьико, Т. F; 'Берлянд, Л. И. Зубенок [il, 2, 4]) ■ра'Осйитывал'и С|р1ед- нйе В'бличины а!льбёдо водной пове1р1Х1Н'0сти .для ^суммарной 1радиа'ции, но во 'всех этих работах величина альбедо для (рассеянной радиации прииималась постоянной, т. 'е. не учитывалась зависим'ость ее 'От высоты солнца и xa'paKTeipa ;угло1во'по '|расп'редел10ния рассеянной р!адй.;ации по небосв'оду, . ■ ' - ' ' , ;

К р о м е Ь ого , вю е’уиам 'янутьге в ы ш е |р1а сч ет ы 'П роизведены дл'Я г л а д к о й П'Овер'ШО'Сти В'оды и б е з у ч е т а о б р а т н о г о р'а'Осеяния р а д и а ц и и в одой ..

В данной работе .прив'одятся результаты р'асчета .ареднедяввнык.’ве­личин альбедо (М'Оря на широтах .30'—70° для различного вр ем'ени; гб'да'.

Расчет' произв'вден ж.ак 'дл;я без'о'блачвого иеба, так и для р'азличнрй степени облачности ни'жнего я|руоа. 'Результаты расчета представлены в табл. (1. . '

Для :б.ез'облачного 'веба расчет производился .следующим 'образом. Для ;il.i5-ro числ'а (каждого месяца дляка'ждого'часоваго интервала! р!а1с№и- тываДась 'ср'едняя высота сОлнца, ню иотарой ойр'еделялись-из осредиен- ных результатов наших наблюдений'.на Черном и 'Касп.'иййко!м морях; Ёе- Л1ИЧИНЫ альбедо •мо,]ря для суммарной'радиации. , ■ : ' ; s ... | о;

Умножая 1арёдйвч.а'0С)вь1е шел'ичнньг алыбедо ■ на -часов'ые ^уммы ■суммарной радиац'ии и суммируя их, получали ..сум'му р'адиацйй, ютра- -женнЬй в'течение дня. ^ ^■ ' ;Оп(р‘едел1И1в дае'вные. icyiMMw 'сум'ма'рной:. радиации, мы .раюсчитБквалй r'qp'eflHHe за дань велотины альбедо моря для 1суммар»ой радиации'.- '. -; Величины суммарной радиации были взяты ■ ив р'езультатов' б-лепни'х а!ктиноМ'етр1ичбски(Х наблюдений Н. Н. (Калитина.® ГЗ.авловоке|3]:®га1ктй'- исшетрических наблюдений сети станций. ' ‘ '

Т а б л и ц а !Среднедневные величины альбедо при различной степени облачности

я- 3

O S ' Sи аз ^II III IV VI VII VIII IX X XI XII

5 .6 5 ,6 6 .3 5 ,8 8,2 9 ,75 .7 5 .6 6 ,4 5 ,8 8.1 9 .55 .8 5 ,7 6 ,4 5 .9 8,0 9 .36 .0 5 .9 ■6,5 6, 0 7, 8 8, 96, 3 6, 2 6,6 6. 4 7. 6 8. 36 , 5 6 , 5 6, 8 6 , 6 . . 7 , 4 7. 87, 0 7, 0 7,0 7, 0 7. 0 7, 0

о 2

. 4 “ 6 '8 9

10

9, 39 . 28. 98, 68 , 07 J7 . 0

7. 77. 57 . 57 . 5 7. 27. 07 . 0

6. 76. 76. 76. 8 6. 8 6. 8 7. 0

5. 75. 85. 9 6, 0 6, 4 6, 6 7', О

5. 85. 85.9 6.1 6. 3 6, 6 7. 0

■Р = 30о

5 . 65. 75. 85. 9 6. 2 6. 5 7. 0

у = 40°

0 12,6 9,1 7 ,5 6 ,3 6 ,1 5 .7 5 ,7 6 .4 8,1-1 10.7 11,4 13,32 .12.,,2 9 .0 7 ,5 6 ,3 6.1 5 .7 5 ,8 6 .4 8 ,0 10,6 11. Ь 13,04 11,7 8. 8 7. 4 6, 4 6, 2 5, 8 5, 9 6 , 4 8, 0 ,10,2 10.8 12,46 11,0 8 ,5 7 .4 6 .5 6 ,4 6 ,0 6 ,0 6 ,5 7 ,9 9 ,7 10,1 11,68 9 ,7 8 .0 7 .4 6 .6 6 ,5 6 .2 6 ,4 6 ,7 7 .5 8 .9 9,1 10,19 8 ,6 7 ,6 7 .2 6 ,8 6 ,7 6 .6 6 ,6 6 ,8 7 ,3 8.1 8.3 8 ,9

10 7 .0 7 .0 7 ,0 7 .0 7 .0 7 .0 7 .0 7 .0 7 .0 7 .0 7,0: 7 ,0

<f = 50°

0 18,0 14,2 9 .6 7 ,7 7 .2 6 ,7 6 .6 6 .9 8.1 11,0 16,0 .22,12 17,2 13,8 9 .5 7 ,7 7 ,2 6 ,7 6 ,7 6 .9 8 ,0 10,7 15,3 21,44 . 16,3 13,2 9 ,2 7 .6 7.1 6 .7 6 ,7 6 .9 7 ,9 10,5 14,7 20,«6 14,9 12,2 8 ,9 7 .5 7,1 6 .8 6 ,8 6 .9 7 ,8 9 ,9 13,6 18,38- 12,4 10,5 8 ,3 7 .3 7.1 6 ,8 6 ,8 7 ,0 7 ,5 . 9 ,0 11,4 15,09 10,3 9 .1 7 ,8 7 ,2 7 .0 7 ,0 6 ,9 7 ,0 7 ,3 8 ,2 9 .7 ,12,5

10 7 ,0 7 ,0 7 ,0 7 ,0 7 .0 7 ,0 7 ,0 7 ,0 7 ,0 7 ,0 7 .0 ' 7 ,0

<р = 60°

0 . 27 ,0 2 0 ,3 13.1 8 .9 7 ,4 7 ,4 7 ,7 8 ,0 , 10.2 16.8 25,6 27 ,42 25,8 19,4 12.8 8 .7 7 .3 7 ,3 7 ,6 8 ,0 10,0 16.2 24,8 26.34 24,1 18,3 12,1 8 ,6 7 ,3 7 ,3 7 ,6 7 ,9 9 ,7 15,4 23,1 24,66 21’5 16,7 11.3 8 .3 7 ,2 7 .2 7 ,5 7 ,8 9 .4 14,2 20,8 22,18 17,0 13,8 9 .9 7 .9 7 .2 7 ,2 7 ,3 7 ,6 8 .6 11,9 16,6' 17,6

:9 13,1 11,2 8,8 7, 5 7 , 2 7,1 7 . 2 - 7 , 4 . 7 , 9 10,0 12,8 13,710 ,7.0 7 ,0 7 ,0 J! 7 ,0 7 .0 7 ,0 7 .0 7 .0 7 ,0 7 ,0 7 Д . 7 , 0 .

<р = 70°

0 — 27,1 20,3 12.5 10,0 8 ,9 9 ,2 10,5 15,8 25,6 24.32 - — 25,8 19,6 11,7 9,8 8, 8 9,1 10,3 15,3 24,6 23,4 -т

. 4'. : .— 23,8 18,3 11,6 9 ,5 8 ,6 8 .9 10,0 14,5 23,1 21,5;6 ’ — 20,3 16,7 Ю,9 9.1 8 ,3 8 ,6 9 ,5 13,8 20 ,8 18,8 •. _i.-

". 8 16,1 13,6 9 .7 8 .5 7 .9 8,1 8 ,8 11,6 16,6 14,6 , ^9 — 12,4 11.1 8. 6 7. 9 7.6 7 , 7 8, 0 9. 6 13.1 11.3

10 —■ 7. 0 7. 0 7 , 0 7, 0 7, 0 7,0 7, 0 7, 0 7, 0 7 , 0

: ;х, , 7Нео!бдс)1ЦИ1Мо заметить, что яри растете иопользоваяись величины аль­бедо дяя суммарной радиации, измеренные при волнении от Д до 3 бал- .яой.я^дри. ррозрачности.воды 8—1112 ,м (эти, У1СЛО1В0Я в среднем наибо­лее характерны для морей CiCiCiP). Таким образом, результаты расчета ;0Щ110|рятся,не;«.гладкой 'водной поверхности, а :к реальному, морю. По .дш;ныМ[ наших, наблюдений: над альбедо Черного моря в 1964—|1057:гс, Каспийского моря в '1956 г. и по данным набл'юдений Арктичесиош нн-

•т

ститута-над альбедо Курского' моря .в 1956' г., 'были вьгчйсЛ'ены федте эа день величины алвбёдо'моря для безо'блачно'го иёба; ' ' .

Для Черн'ото. ■1МЮ1ря (ф=4'5°) ар'бдняя за день величина альбедо в июне-^июле окавалась'равной 6,5%, :в ав;густе — 6,8 %. Для Каспяй- 1С1ШГ0 1ио|ря (ф=40°) в августе оредвяя З'З день величина альбедо равна 6;9% , для Kiap'CK'cm моря (ф = 73°) в 1июле—laiBirycre 0,9 %.

Со11Ю1Ставляя эти данные с 'соответствующими данными табл. 1, ви­дим,'что между ними имеется' хорошее .'ооответствйе. К .сожалению, не было возможноети лро'вести такое же сопоставлание для других йёсяцеви других щирот.............

: I.B случае частичной облачности п 'баллов , альбедо водной поверхно­сти о1п1ределяло1Сь на ошовашии 'следующих ооо'бражаний. Ввиду того что шам неизвестно точное место расположения о'блаков,' а также, р'ас- ■пр'вдел1еиие яркости irio безоблачной части неба, можно говорить лишь о средних величинах альбедо за некоторый шромежуток времени. При STOiM йрадполагается, что и-яая часть неба .занята облаками, не уточняя (Места их вахождания.

Следовательно, можно считать, что от баллов облачности придетв, среднем /г-ная часть той радиаций, которая приходит от полиостью поир'ЫтоРо облаками неба. От безоблачной частй не!ба'придет (!Г—п-ная) часть'ТОЙ р'ассеянной радиации, которая прихОдит при отсутствии об­лачности. Можно пред1полож1ить, что яри облачности /г. баллов 'в 'феднем ■Ьолнце, закрыто 01блаками п-ную часть расом'атрдааемото' промежутка врамени, IB та »01м 'случае на водную пав'арх1но1сть 'Лрвдет ( I—/гчная) часть .прямой солнеч1ной'радиации.

' В результате сум!ма|рная радйащия, црйходящая от безоблачной ■ча­сти неба, лбудет .рав'на Об(1 — га), гщё Qe —'Сум'марная 'радиация бёз- 'о1блачяого неба, а радиация, пр'ихО'дящая от облач1ной части неба, равна Qo«,'iwe 'Qo — Р'йда'ацйя'Щрй ошго'шной о1блачности,. ' Таким о'бр'азом, величина алнбедо при частичной облачности буде;т выражена следующим о1бразо1м: ■

$ ] [ ( З б Д 1 - и ) + догп] ’. i ;где Лб и Ло—'В'еличины алыбедо мо'Р'я пр'и бшоблачном наб'е и в случае СпЛоЩйой 01блачн10(стя. Как 'и в случае без'облач'н'о.'го неба, сум'мирава'нйё лрЬЙ8:водйлось по всем часовым интервалам.. ,,|Из табл. Д видно,, что зависимость В'ел1ич1ин алыбедо от степени облач-

. ности нелинейна, о'ообанно быстро происходят изманания величин аль- бед'о с увеличением облачности, начиная с о'блачности 6— 6 баллов.

В летние месяцы 'и на низ'нвх и на срад'них щиротах з^авиоимость В'еличган алыбедо от облачности вы'раж&на значительно слабее, чем в зим­ние .месяцы и на 'более шьюокой щироте.

Сравнивая наши данные с данными А. П. 'Браславского и 3. А'. Вику­линой [2], видим, что 'между ними имеется довольно хорошее 'соответ­ствие. 'Наблюдается некоторое занижение их данных по сравнению с на­шими, о.со'бен'но в летние месяцьг. Исключение 'СО'Ставл'яют В’еличины алыб.еД'О в зимние М'ваяцы (нояб'ръ—ф'авраль) на шир'оте 70°, иотор'ые, по данным (раб'оты '[2], значительно йр'евышают величины альбедо, раюсчи- та'нньве нами.

Причина этого 'расхождения 'состоит в 'Следующем. Нами использо- вал1И1съ вел)ичи1ны альбедо для сум'марной радиации, полученные путем, иам'ер'ений иа Чер'нам и '.Каспийском морях, 'дричам при 'м алых высотах солнца (A q < 6°) величины а'льбедо не только не ув'еличиваются, а даже

39

нвоколъно уменьшаются. Это об|стоятельство может |быть объяснено-тем, что lopaay ло'сле восхода еолица доля раооеяиной радиации в общем по­токе радиации значительно больше, чем доля прямой радиации, а так как ' при малых высотах солнца величины альбедо для 'рароеянной ра­диации значительно меньше, чем для прямой, то это й может приводить к уменьше1ни,ю аль1бедо для lOyiMMiapHOifi радиации при столь малых бы- хотак солнца.

А.'П. Брашав1С1ний ,и 3. А. Викулина 1ишол1ьзов:али' величины альбедо для прямой радиации, вычисленные по формуле Фр-енел-я, поэтому ве­личины алйбедо для суммарной радиацщ, полученные этими авторами ори малых высотах 100лнца, были значительно больше действительных. Как уже указывалось выше, эти авторы при вычислении альбедо для суммарной радиации принимали .величину а;льбедо для рассеянной ра­диации неизменной и равной ‘110%, что также вносило в их расчеты ^некоторую ошибку.

/Сравнение наших данных с данными; полученными М. И. Будыко, Т. Г. Берлянд и Л. И. Зубенок [1] для среднедневных: величии альбедо водной поверхности, обнаруживает хорошее ■ соответствие между ними.

DiCo6eHiHo 1близко данные, рассчитанные нами, оовпадают iC данными работы [1] при облачности 4— 16 баллов, что пред1ставляется нам вполне естественньвм, так как авторы этой работы произв:одали расчет величин альбедо при средних соотношениях прямой и 1ра1ссеянной радиапии.- V ‘Как было указано выше, данные табл. 1 получены для различной степени облачн'ости нижнето яруса. Ори о'блачности верхнего яруса, полупрозрачной для прямой солнечной радиации, 'Можно .произвести расчет величин альбедо водной поверхности аналошчным образом, но при этом необходимо .знать, какую часть/прямой солнечной радиации эти сблака пропускают при различных высотах солнца. .

Кроме то'ло, для такого расчета по нашей схеме необходимо знать величины альбедо во,дной поверхности при сплошном покрове облаков верхнего яруса. ■

ЛИТЕРАТУРА

1. Б у д ы к о М. И., Б е р л я н д Т. Г., 3 у б е н о к Л. Й. Методика климатологическихрасчётов составляющих теплового баланса. Труды ГГО, вып. 48(М 0). 1954.

2. Б р ' а с л а в с к и й А. П. и В и н у . л и и а 3. А. Нормы испарения с поверхиогги водю-: Х)р|а0 илйщ. ГвдрометвоизДат, Л. 1954.3; К а л и н и н Н. Н. CiyiMMaipHaH !радиащия в Павловоке.:Труды ГГО, вьщ. 19(81). 1949.4. К у з ь м и н П. П. Тепловой баланс реки в период ее охлаждения. Метеорология

- и гидрология. Информ. сб., № 5. 1946.5. С и в к о в С. .И. Г,еогра1фич:0ак1ое раипредешение эффевп1ивяы1Х велидан альбедо вод-

■ ' ной поверхности. Изв. Всесоюзн. ТеЬграф. общества, т. 84, вып. 2. 1952.6. С и в н о в С. И. О !выч1нслаий1и кзумм радиации, 'олпраженной от водной повархнаипи

Меггеорогаогия и ридрология, № 3. 1951.

Е. t i . НОВОСЕЛЬЦЕВ1 г----;;------------

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ВИЗИРОВАНИЯ ПРИ ОБЛАЧНОМ И БЕЗОБЛАЧНОМ НЕБЕ

В статье рассматривается вопрос о суточном ходе контраста объекта и фона как в случае ясного, так и в случае пасмурного неба. Приводйтбя расчет; изменения контраста при быстром заволакивании неба облаками.

' Полученные результаты могут быть использованы при -изучении наклонной дальности видимости. ; •

Для оценки изменения укмсрвий визирования в' течение дия' ;нео|бхо- дймо, знать юуточны'й ход ионтраста между объектом и фоном как е слу­чае облачного, так и в !СЛ'учае 'безоблачного неба.

Поставленная задача может быть решена на оанове теории, разра­ботанной IB {'Ц, в которой приняты упроща:юш,ие иредшложения: а') 'Объект и фон считаются плоскйми, б) отражешие от объекта,и; фона пройоходит по вакоиу Ла1мбе1рта. ’ ,' 'Контракт' цри 1безобЛачном не!бе выражается (следуюиуим o6pWoi^:' ,

к = 1 V '— в г '■ ■1 .4 тД sec 9 д .............. Iг° (л) £ (X) ®0 (X) dl + D(X)0 (X)dX

где £(Х) = Iq Q.) — освещенность горизонтальной пло­

щадки;' [/о(Я) — величина 100Л1неч1Н0Й радиации, ириходящейоя на еди­ничный интервал длин волн • и па1дающей на I см^]; Д (Я) — яриасть атмбоферной дым.ки; Го — оптическая толщина атмосферы; i— 'зенитное раостоя1Ние солнца; Я — длина волны; •& — угол визирования, б (Я)'—дари-

Тс' /З . - . р . . . . , , ;

в а я в и д н о с т и ; x i = - | - J x ( y ) s i i r y c o s y а : ( y ) — и н д и к а т р и с а „ р а о с е я н и я

света в земной атмосфере; — Ьптичеокая толщина воздушного слоя.©еличины Е (Я;), и D (Я) протабулированы .длй разных значений

метео'рологической дальности видимости So, to, •б', i в fl].По этой формул'е был рассчитан 1К01НТ|раст .м'еяоду 'объектом и фоном

(ори различных углах визирования й при ф'азлиганых вьюотах солнца для двух пар (:0|бъент — фон): 1) 'мр|роич на' фойе >дрввешых В'еток и 2) щос- ре на ф'оне черноземной почвы. Результаты раюч-етов приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1Значения контрастов в случае безоблачного неба

О

20° 40° 60° 80°

1) 20° 9 = 0°<Р = 180°

40° <р= 0 °^ = 180°

60° <!>= 0°- т = 1 8 0 ° ,

80° ср = 0°

'-’ 4 i ?2) 20° ? = 0°

V = 180°

40° о = 0°!<р ==180° "

60° <р= 0 ° '<Р = 180°

80° 0 ° ::: > ^ = 1 8 0 ° - ^

25.9 23,4

26,324.1

23.221.9

16.2!Ю,;9.;

56,654,0

- 5Г ,Г ; “ 54,8

53,852,4

' "44,4‘ > 45; 5

23,921,8

24,220,1

19.4 17,8

11.4 :13;4

54.552.1

54.9 50;2

49.246.9

35.6 39,5

19.2 18,1

17.3 15,7

11,911,5

5, 0‘7,;7

48 .647.2

40 .638.7

33 .2 32 .4

'18,324;9

4 ,75 ,2

3 .44 .5

1.92 .9

0 ,4

17.9 19,4

13,617 ,1

' 8 ,011.9

■'1,85:7

та1блци:ь1, .контраст случае/безобладаото неба ..имеет;весуЦа 'су^трвнъщ ]срд. ^Ооо'бенно, велик -суточный ‘ход рри |болъ-'шй'х углах визирования. Дневной ход контраста' -мю-жет быть о1бъ«он;0н тем, что с увелдч^нием' высоты- солнца яркость дымки и яркость объекта и фш'а 'изменяются то-разному: яркость дымки растет значителыно мед­леннее, чем .яркость объекта И'фона; Из таблицы врдно; что Д1не1вн0й ход контраста ири еизировагайи по облйцу' (ф='180‘’) -несколько (ifeHbuie, чем 'против солнца (ф = 0°). ^Хакой' результат становится понятным, если принять во ©ниМййё'вид■'•индикатрисы ра!1беёя1ния свёта в земной атмо- йф ^ре.

Посмотрим, как обстоит дело с дневным, ходом контраста три облач- ч»ом -'нёбё’..'>К1онт^)а1ст й сй'^'ае облачно^ро неба’ может (быть' йояучен на рсновании той, же формулы (Л)., но,.в';это1м случае в;ел1вчина jp(Я), .рдс- 'Мйтдежтся для.о'блач^^ для кантзржта. орищм-ает' .с я ^ у ю щ и и .....

/o WCOS г 1 + - у co s /

__________ 1. ^ I -QJ

. - 1 ‘ ■’^ ' ( ' + - 1 ^ » ^ ' ) - - -

X

, ¥(?t)dX': (2 )

т

■где.^

002n 2

X

J р (X) 6 (X) d (I) = J I J ^ X

COS i 1 + cos

О О О

'( 1 — Л ) ( l + 4 c o s i ' ^ + 2 Л ] X '4 + ( 3 - ^ ; ) ( i - л )'^ ;

X 0 (X) sin i'dl'd d\,■j Cj /'Cq -— оптические характеристиви'облаков., , Так как оптическая толщина облаков очееь велика, то можно стй- ^.тать, что (3 — х' ) (1 — Л) 4„ Товда дз-под знаков интегралов эы- ноаится и сокращается множитель

cos г ^1-1—| - c o s / j

Такая опаращия зажояна, так как о'блака состоят из нрулных частиц, кото|)ъге раосшвают све^ иеселективно, т. е. х[ и от X не зависят.

Итак, три сделанных предположениях контраст .дри сплошной облач­ности выражается следующим образом:' '

со X,'CJ

‘ г° (X )7o(X )a (X )e-" ^ ® ^ *0(X );d X ^

о : : i . ■0 (X) 4 j

<■=:

01

X -

где

ГГ I (<». ,9) 0 (X) Ь (X, О 9 (X) di'kKd<i

. . . . > . ч , ____ _• : о .

, [ 4 ^ ( 3 _ ^ , ) ( l _ U ) x g 6 ^ j ( 1 - Л)

ь it', X) = [ (1 - л (X)) ( l + 4 COS i') + 2Л-

■ РО .

Sin i .

Таким обравом, контраст © случае сплощиой о1блач!НосТ'И, как ■hs' (3), 'не Еймеет суточ1Н0го хода, а зависит толвко от угл:а' (В®31Ир« оптичесмих харастдристик слоя атмосферы, че|рез 'KOToipyio вёДётоя ви­зиров аняе.

Остановимся теперь на вопросе о том, как изменится К01нт|раст при быстром заволакиваши ясного не1ба облаками. Так как переход от ясного неба к 01блач«ому происходит быстро, то можно считать, что оптичеаюие свойства подоблачного слоя не успева'ют илмениться по сра- BiHQHiHK) с оптичесиими овойствами слоя атмосферы такой же толщины при 1безоблачном 1не1бе. При етоявлении облач1ности !усяо1В1ия визирования меняются, так как меняется характф освещения объектов. При этом

43

исчезают тени, и .контраст в облачный день становится заметно мень­шим. Этот эффект, 'существенный для о'бъемньгх объектов, к сожалению, /не .поддается пока теорстичеокому |[|!сследованию. Для длоских объектов, с которыми оперирует теория, 'нри по'явлении,, о-блаков контраст также из'меяяется, тай 'ка,к изменится угловое распределение юав.еща.ющего по- то.ка. )В качестве .примера рассчитаны контрасты для случая пасмурного неба для следуЮ'Щих трех пар (объект-е фон);: il) оподзоленная почва на ф.оне запыленной травы,. 2) шрпич; Ща . фоне ' й^^еве .веток,3) шоссеИйа фойе’ ^ёрноземной ппочвЫ.- .Расчет ;быш произведен для сле­дующих исходных данных: 5 =20 им, t= 0 ,3 , д =40°, 7г=2 .км. Высота по­доблачного :слоя предполагалась , р.ав190Й, 3 КМ. Полученные значения контрастов были сопоставлены ic 'боотвётствеиными значениями контра­стов цри безоблачном небе гарИ:анало,гичных.условиях мутности. Из таб- л ;ц1ьг ,-1ви1д Н'Р,, что п)ри высота оолнце .контраст в 'случае яш'огб'. неба больше, чем koHTpaiCT'В'Случае О'бл от 'При'уйейьщенйи высоты

СоДнца над 'го|ризоятом разНица между контра'Ста'мй-при ясном й naiaMyp- ном небе 'уменьшается, 'и при йиэко.м солнце (контраст при пасмурном небе .может быть даже большим, чем контраст .при ясном небе.

Т а б л и ц а 2Значения контрастов в услрвйях обычного и безоблачного неба

'.7 ; : ■■ .. ..

P 'Л.'■ ’■ : ' '■' 40° '• '' бо° ' ' 80°

1) Безоблачно 9 = 0°^ = .180°/'

11,0

..^

11,4

. ’ -« - I

' 9 ,15 '■ 8 ,4

5 ,56 ,4

Облачно . ._. .9,4_...... 9 , 4 , 1 9, 4

2) Безоблачно ф = 0° <p = 180°

23 ,9 - " 2 1 , 8 ^

24,1 .' *.' 2 0 - И ■-

19,417,8

11.413.4

Облачно 20,6 20,6 20,6 20,6

ё ) Безоблачно ф = 0°" f = 180°

- 5 4 7 5 '-' ’ 52,1 50,2

---- -49,2<) 46,9

35,639,5

Облачно ^ . л ; ' !■ ^51,8 51,8

Необходимо отметить, что в случае объектов с яеламбертов'ской ин­дикатрисой отражения) дн^ной-?од к.о1нтра.стов и соотношение между контр'астами при ясно'м'й пасмурном небе молут быть совершенно иными.

ЛИТЕРАТУРА

'1.Г111'|и'ф|р,и н К. С. и М и н и н И. Н.' Теорвдя нешрдаанталшой, далшрстпи, видй Труд!.1 ГГО, Ьы1п. 68, 1957. ! ' ' \

■ ■ ■,

IvXTC L..:.

V' - £ . л. ПОЛЯКОВА.,

ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ В ДОЖДЯХ

Получена корреляционная зависимость прозрачности от интенсивности дождей путем обработки данных по микроструктуре 59 проб дождей. Часть этих проб взята в Чакви (район Батуми). Выеокий коэффициент корреля- , ции (0,95±0,01), позволяет считать интенсивность дождя основным факто­ром, определяющим прозрачность в зоне дождей. Составлена таблица, которая может быть использована на практике, в частности при разработке проблемы провоза метеорологической дальности видимости в дождях.

'■ 'i-ч ' '

[ Вопрос, о прозрачности "яш- метеорологической дальнасти видимости в зоне (ДОЖДЯ рассмотрен луже, в'Ч^^п^яблвй'йвавдой статье Щ]. ёыводы в ук азатой р,а'боте сделаны .по ^ ;случаям ' наблюдений е д о ж д ж за 1953 л il054 (ГГ. е Леиинграясвой области (Воейково). Это небольшое число 'Случаев поз1волило уже устаншйть, корреляционную зависимость м'вжду (козффициштгам 01ша1блавия iqBeTaijB эЬне дожд'Я (а 1/ihm)- и интен- швностью Д0ЖД1Я ( / мм/час) в |'виде

а = 0 ,22 /’'^\ > , (1)

,|В силу, высокого коэффициента,К'01рреляции эту зависимость, хотя и полученную на оановании небольшого числа наблюдений, представляется Боз'можным использовать для со1ставления таблицы дальности видимо­сти (в баллах) при дождях различной интенсивности в сочетаний с фо­ном атмосферной дымки и рекомендовать эту таблицу для практиче­ского использования fl], ,

Учитывая актуальность вопроса о метео;ролошческой дальности Д1ИМОСТИ |Цр1й различ1ных метеоролошчеаких явлениях, работа была; иро- должена в H9S6 т 19157 гг. (При этом диапазон интенсивности .до'ждя был ра1сширен в сторону увеличения, поскольку в 1Г953 и 1954 гг. не удалось провести наблюдений при дождях с интенсивностью более 35 .мм/час.

( Методика получения даены)^в течение всех лет 'была одной и той ж е ,и "заключалась в расчете прозрачности и интенсивно'сти по измеренным раз1м©рам 'Капель в прйбах дождя,,ЗМетодиКа взятия й обработки ороб и формулы, по которым ра10сч1итывались коэффициент ослабления света IB дождях (а) 1И ш й'нтеноивн'ость ( /) , имеются в опубликованных р'Я'бо- тах 1[1, 2]i НепосреД'Ственное экопериментальное подтверждение формулы для расчета коэффициента ослабления света в дожде имеется в'Статье [3].

iBecb материал, включая наблюдения, выполненные в 1956 г. в Воей'- ков'о, 'ОТНОСИТСЯ к дожд'ям Ленин'лрадской области; поэтому в 1057 г. был 'организован обор проб дождя в районе субтро'пвков — на апр'ом'ет- стан'ции Чамви в 'районе Батуми. Работа в этом районе, который изв'б-

45

стен обилием дождей, имела целью получение данных по дождям, ха­рактерным для субтропиков, которые могли ■ отличаться от дождей Лени'нг'Р'адской области и ло интенсивиости, и по микроструктуре. 1957 г. оказался относительно засушливым и поэтому в Чакви был собран ма­териал по 19 дождям. iB результате мы располагаем материалом обра­ботки 59 проб дождей (19 получены в Чакви, а 40 в Воейково в течение 3 лет), на основании которого можно с большей уверенностью, чем раньше 1П0 08 точкам, давать ^корреляционную зависимость между про­зрачностью и интенсивностью дождя.)

iBce '59 точек юанеоены юа один (лр'афик (рис. 1), причем, чтобьивыде- лить наблюдения, проведенные в Чании, точки, относящиеся к этим на- _ бЛ1одёя1иям кружками. Данный гр'афик по'строен в той жекоординатной сетке, как и -аналогичные прафиии в опубликованных

статьях, [1, .2], а именио отложены lg a в зависим'Ости от Ig/; дополян-, тельно на осях указаны значения / в мм/час и 5 — метеоролопичеокой,' дальности видимости в им.

■График 'показывает, чтр как для, дождей Ленинградской, области, так, и для дождей района Батуми можно пользоваться той же самой ко,рре-. ляци'оиной зависим остью, м ежду прозр ачно стью и интеноивностью их; та-; ким,:0браэрм,'\^лиян1ие- географических особенностей местности на /аред- нюю зависимость между прозрачн'остью и, интенсивностью дождей, не обнаружено. .Это должно объясняться тем, что дожди равной, интенсив- йости в столь,различных районах мало отличны друг от друга, по,.ми-, иррструктуре; причем это справедливо для иитенсивнр'стей дождя до, 50— 60 мм/час,/которые удалось наблюдать в (Воейково ,и в Чакви'., , ,S )К'оэффици''ёнт корреляции между l g / ,n , l g a равен, 0,95±0,01, т. е.,

указывает «а тесную связь ,между прозрачностью и иятенсивиостью.. Эту, корреляционную, заиисимр'сть, .можно представить .эмпирической фор|мулой

a = 0 ' 2 l f ’^ .- (2 ) :

46

: :Г " lga = 0 ,7 0 1 g / - 0 .6 6 и lga = 0 ,7 8 1 g 7 -0 ,7 1 .^

'ДоррелЯщй'йняую.. зависимость между' метеоро'логачеюкой дальностью види|к0с1и; и 'щтейсивностью дождя ролучаем. иа. (2:) в виде.., ................

S = У ■ (3)Границы одного балла видимости .показаны на графике пунктир­

ными орЯмыми, цараялелыными юредней прямой. 'Как показыв'ает гра­фик, разброс точек в ;90% 'Слухаев в пределах 1 'балла 'дальяо'Сти'йиди- мости при дкиной HftWoHCHB'Hoc'fn ДОЖДЯ; t,' * ' ;■

Поскольку’.на’ сетиУгидрометеоролощчесмих станций ■основной ха'ра'к- теристикЬй осадков ^йляется количество- выпадающих 'осадков, в первую очередь раосмотрена^' связь; йрозр-ачности 'с йнтеиои'вно'стью осадков. . Однако, например,/в; радирм^теорол'огичеокйх; иоследфанйях осад]^ов ишользуется так называемая водность осадков (W), имеющая тот ж е смысл, что и В'одность тум'аиов, т. е. .пред'ста:вляю'щая>количество воды в праммах в .|ргуб:ичшко1М (м^етре''пространства npto выгаадЬнйи дождя> Ве­личина водности !П0 1евдтывала'):ъ также|из''микро'структурны'Х пр'р;^ .

'Некотор'Ые хар'аетари'стики дождей вычисленные в результате'обра- • ботки всех 59 ,®р6б дождей, - представлены в- аводной ; таблице. 'ЗдеСь, кроме упомянутых уже .интегральных характеристик (йнтаноив'но'с'ти./, коэф|фици'0нта, ослабления овета а, водности V^), дз'етсЯ — суммар'ное количество капель 'в'единице 'Объема иро'страиств'а и Гнайб — радиус наи- б'ольших капеть в .дайной лр©!бе. ■ ■ ■ ' ”•

'Пользуясь этим материалом, мы |!получили^-кроме уже 'указанной связи между а и /, ('связь между а и Ю К ак отм'ечалось в [2], последняя связь должна быть 'более теаной, 'что ■йчевидно из рассмотрения ф'0(р'М'ул для расчета; а, W и. /: Действительно, коэффициент корреляции амейсду Ig a и IgW бйл найден р'авны'к 0,97±0,01'. Построеннь^й нами гр;а1фйк, анало.гачный рис. .1,/указываёт на то, что действительно цсвязь г^между прозрачностью и водностью б'олее тесная,‘чем -между прозрачностью: и кнтенсив'ностью. Зависимость- меж1Ду а и ;1F была опрёделена’ из двух ура'внений,регрессии в виде эмяиричеокой формулы " ' ,

(4)Из (2) и (4) можно найти тажже.связь межд'у W и /, которая может

о'казатьоя полезной при 'некоторых ■расчетах. Для контроля эта здаисй- мо'сть была 'на'Мй цй з'ед'еледа также и !н'Ш'01Ср| |СТвеннр,.'Для чего бЬш

{вьщислен ‘..коэффициент корреляции . М'ежду, Ig '-и : Ig /, равный0,99 ±0,003, и из двух уравнений релреосии найдена связь - м е ж д у й I в виде. ' '■ ‘ ‘

W=0,065f'^, .. : '-'у'-: :(5)

при ^изуЧ'ении пр'о'зр'ачности тумаиов в .ввдимой области' Gin-sKTtpa была н.а'йдвна корреляционная завми'мость ' между прозрачность^ ту­мана и его 'водностью яа ооно'ве ■о1бр'’аботки .да'нных регистратора/'Про­зрачности и измерений водности туманов на Оптическо'м .политоне ГГО в Воейково, выполненных в 1966 и '1957 гг.-П'Олученная завиоимость для тумана имеет вид

a = 6 6 W ° '^ \ ■: (6)Представляет .ийтерес с ■бйтичеокой; точки зрения сравнить эту .за%и-

сим'Ость с 'со'ответструющей зависимостью 'Для дождя, выраженной ■ фо!р- мул'ой (4). Сравнение указывает на то, что',коэффициент ослабления света в тумане на порядок 'боль'ше, чем в дожде, при Той же во'дно'сти.

к о т о р а я н а й д е н а к а к в р е д н е е и з двуос у р а в н е н и й ,!р влр еоси и : . ^

4Т

Т а б ли ц а 1

Дата Время, час.— мин.

мм ™ гр г 1час iS: " м3

Точки, указан­ные на

графике

1953 г. В о е й к о в о

11 VI 11 VI 13 VI26: y j27 VI2 VII3 VII 3 VII 6 VII 11 VII, 16-VII16 VII17 VII 21 VII28 VII29 VII30 VII5 VIH6 VIII 8 Vlil

8- 03 11-06 12-2111-24 16-02 18-5712— 40 15-16 22-0715-49 17— 02 17-51 12-4116— 119-56 16-21 20-1816-5817— 28 10— 13

0,8 0,06 • 0,20 840 0,81.0 0,06 0,20 500, 1,01,3 0,09 0,36 214№ 0,81,1 0,07 0,20 410 1.00,7 0,07 0,17 260 1.26,2 0,32 0,82 5110 1,52,0 0,10 0,24 710 1.43,0 0,09 0,26 450 1,31,1 0,07 0,25 1140 l.l2.0 0,11 0,23 400 1.30,3 0,02 0,10 230 0.72,0 0,12 0,32 430 1.11,3 0,10 0,35 670 0,810,6 0,56 1,33 4590 1,4• 2,9 0,12 0,29 340 1,210,9 0,58 1,25 5930 1,413,0 0,73 1.75 3740 1,42,0 0,14 0,52 1120 0.9

i 3,2 0,18 0,38 480 1.34,9 0,39 1,03 2010 1.1

1954 г.2 vm 16-50 5.9 0,36 1,17 . 2510 0.93 viii 10-05 1,6 0,10 0,34 680 - 0,95 vni 22-20 4,8 0,25 0.63 620 1.36 vm 2.1 0,12 0,39 640 1.010 VIII . ,10-22 2,8 0,16. 0,48 510 1.011 vm 10— 25 7,6- 0,34 0,65 670 1.8irviii 16-35 34 1,38 2,44 3830 2,214 vm 14-27 21 0,97 1.94 1960 1,7’

1956 г.2 VII 16-00 4,7 0.26 0.69 530 1.222 VII 16-37 3,3 0,22 0.84 1120 -0,824 VII 9-34 1,0 0,05 0.13 80 1,024 VII 16-,27 5,9 0,29 0,63 350 1,224 VII 16-37 57 1,98 2,46 1190 3.227 VII 12-40 1,1 0,07 0.23 270 0,930 VII 17-43 3.7 0,20 0,.,58 870 1,52 VIII 11-43 10,5 0,54 1.28 1160 1,52 VIII 11— 53 2,8 0.16 0.50 570 1.310 VIII 14-54 6,3 0,30 0,64 590 1,710 vm 15-58 38 1.79- 3,38 2590 2.013 VIII 13-03 8.2 0.35 0,80 690 1,7

1957 г. Ч а к в и

22 V 15-55 7.8 0.36 0.77 1460 1,826 V 12-50 44 1,74, 3.34 19 750 2.9 .27 V 8-55 2,6 0.17 0.57 620 0.916 VI 6-40 1.6 0.09 0.25 830 1,016 VI: ,6-53 8,6, 0,44 1.27 : 5110 1,6.

ДатаВремя,

час. — мин.ммчас W гр 1

м3 'наиб ММ

Точки, указан-' ные на

графике

2 VII 4 VII

28 IX 6 X6 6 6 7 7 7 7

1Q 10 X 10 X

10-51 7-12

22-106-066-23 12-06 13-409-03

10-0211-06 11-307-057-178-00

0,92,2

11,211,6269.4 3,2-15,35.71.53.8 4,11913

0,050,130,530,581,160,460,210,840,320,100,200,210,890,63

1,120,351,211.23 1,99 0,91 0,76 1,97 0,89 0,38 0,54 0,50 1,621.23

240 1,1460 1,01880 1,8540 1.3610 . 1,7330 1,3890 0,91270 1,4960 1,2810 1,3790 1,1280 1,2580 1,6460 1,6

Это означает, что .сумма поперечных сеченпй капель тумана в единице объема воздуха на порядок 'больше суммы сечений дождевых 'капель при равных В'ОДН'ОСтях, т. е. равной 'Сумме 'о'бъемое капель в том же О'бъеМ'б .воздуха. Это свидетельствует также о том, что в тумане число капель в единице объема-воздуха на несколько порядков больше, чем в дожде. J

В'озвраща'ясь к зависимости (2) между проЗ'рачно'Стью и интенсив- Н'ость-ю дождя, рассмотрим вопро-с о еозможзностях уточнения данной зависимости внутри 'балла видимости. Для этого надо 'ра'СОМ'Отреть от­клонения от ср'бдней прямой при данном значении интеноиви-ости в сто­рону завы'шения и занижения прозрачности. Причина этих отклонений 1М'0ж-ет заключаться лишь а о'собенностях микрО'Структуры дождеШ

Некоторые соображения о влиянии микроструктуры! на .прозрачность -дождя [были уже .высказаны в [2]. Выводы этой .статьи подтверждаются ■при '-сов,местном раосмотрении всех материалов -наблю,дваий. Р>ас'см0трим в. .качестве прим-ера-микроструктуру семи -дождей .с .интенсивностью около 3 м'м/час (при этой интенсивности был .получен наибольший раэбр-ос зна­чений прозрачности). Дажди на лр-афрке (рис. 1) .о'бо'зн-ачены цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и выделены двумя IB,ертикальными линиями, в по.следней графе табл. 1 -они -отмечены теми’ -ж-е ном.ерами.

Таблица показывает, что для выделенных дождей^завышенное. зна­чение а (меньшая пр'03рач,но.сть) .'Связано с .отно'сительно большой кон­центрацией капель при .отсутствии ирупны’х капель,'ai занижение: а ('большая прозрачность) соответственно с: отно.аителыно малой концен­трацией ка,п-ель при наличии .крупных ка.пел]^-

■Покажем это также путем анализа микроструктуры данных семИ' до­ждей.

Для этого В'место граф.ическоро -преД'Ставл-е-ния функции распределе­ния чи'Сла капель .по размерам п{г) -для наших целей" целесообразно представить графически, кривые'распределения функции а{г)=гЧ, по.- сюольку этой величиной.определяется коэффициент 'Осл-абления при дан- И01М г. -Эти .юривызе /представлены на рис. 2. '’Каж видно из рисунка, -дожди1, :2 и 3, составляющие одну пру-ппу -«плоских» кривых и наиболее вытя- 'Н’утых в -стор‘Ь-ну (больших разм-еров капель характеризуются пон-ижен- ньш значением а, т. е. п-о|вы1ш-енной прозрачно'стью. Соответственно точш1,:2, 3 легли ниже 'Средней пржм'Ой на рис. Л. Дожди, отмеченные циф-’ рами 6 и 7 (рис.; 2 )’,. соответствуют адривьм . с. рез'К,ими .вы'С0КИМ1И

4 Труды г г о , вып. 100 49

иаксимумамн, котарые обрываюпся «а сравнительно небольших чрадиу- сах. Тючии 6 и 7 легли выше средней примой, т. е. соответствуют заяи^ жевной йрозрачности. iKjp'HiBbie 4 и б соответственно точки 4 и б на рис. 1' нё- дают отклонений от «нормы». Аналогичные кривые были ностроень| для дождей с интеншвдостъю 2 мм/час и б мм/час (эти 'графики здесь не цриведбны), которые указывают на те же закономерности. . .

Итак, анализ микроструктуры убеждает нас в том, что возможно уточнение средней завиоимости (2). >,(Приче:м это !иожет даже иметь практическое значение, поскольку указанные микроструктурные особен­ности, пр-видимому, могут быть увязаны с разделением дождей на об­ложные и ли,вневые.ч

Рис. 2./ —3 VII 1953 г., 2 — 28 VII 1953 т., 5 — 6 VIII 1953 г., 4 — iO VIII 1954 г.,

5 -2 VIII 1956 г.,-5—X 1957 г., Чакви, 7—22 VII 1956 г.

. Различие В'Дррзрачно'сти обложных и ливневых дождей наметилось в рабрте,у вытолканной по вашему отрещложвнию И. Т. Ба|ртишвил(и (ТбилНИГМИ)..

Работа эта заключалась в систематических наблюдениях в 1056 и 1057 'ГГ. над метеорологической дальностью видимости, выполненньрх ■по, визуальной методике ЛЮ персоналом двух метеостанций Чакви и Махинджаури (район Батуми) во вр-емя .выпадения дождей. П-олучен- ные данные ■сопоставлены с интенсивностью дождя, определенной нутем обработки записей плювио:лрафа.

.Организация визуальных наблюдений имела целью получение мас­сового материала, особенно нри’сильных ливнях, а также отча'сти .пре­следовалась цель иекото1рого контроля оп1иса®но,То выше раотетнаго спо-. ■ооба определения прозрачности. . ,

Детальное о.писание условий ,и результатов наблюдений содержится В,:1статье И. ,Т- Бартиш'вили, подготовленной для опубликования в трудах ТбилНИПМИ. Здесь , дргавадем, лишь одаовной график, построшный по данньим, любезно.'представленным И. Т, Бартишвили. .,

50

. при .раосмо'Пр'ей.ий .результатов .визуальных иа'блюдений иа-до й'Меть в 1В1ЙДУ 10О0|бен.н.0СТИ этих наблюдений. Прежде в сего -.при визуалыны)х на­блюдениях фон атМ'0.офер'ной дымки является неотделимы'м, поэтому 'При очень 'Сла.бых дождях (практически ири интеноивностях менее i м1м/ча1с) дальБО'Сть видим.ости удаленных .объектов в ocHOiBHOM: опреде­ляется ае дождем, а фоном атмо'оферной дымки. При интеноивных дож ­д я х , и 1Н1ебольшой атмо.офе1р:Ной дымке ирозра.чно.сть о.пределяется .глав­ным о-браэсм дождем, / поэтому ораввение р.взультатов 1в.взуальных .наблюдений .с результатами, представленными аа рис. 1, возможно. Вторым .существенным обстоятельств-ом является то, что в момент вы­падения дождя над .местом наблюдения види'Мо.сть, о.преД1еленная по удаленным объектам, расположенным в различных азимутах, может быть сущ'встванио различной. Это .объясняется тем, что. дождь выцадет

Iga^ S

'

0,5

iO 0,5

• v t

''1^д30<ю 60 80100J

у-30

Рис. 3.

IB некоторой поло.се и, например, при наблюдении поперек полосы линия визирования лишь частично проходит внутри полосы дождя, а. дальше идет вне дождя; при этом дальность В1идимо.сти, определенная в указан­ном напра.влен1ии, ие будет соответствовать проз.рачно.сти дождя, а по­кажет за.вышенную прозрачность. .В этом примере дальность в.ид1имо.сти будет соответствовать прозрач'Но.сти лишь .при определении по -о-бъекту, расположенному в направлении .поло.сы дождя. Пооколыку визуальная методика ГТО. требовала наблюдений по ориентирам видимости, раапо- ложенным в различных направлениях, то анализ этого материала по­казал, что, по-ви.димому, 'В результате теогра'фической ос'обенн'о'сти места наблюдения здесь часто дожди выпадают в сравнительно узкой полосе вдоль берега моря. Указания на такую особенность имеются в .статье Ширмера .[4], который обнаружил на .основании анализа мате­риалов наблюдений, что дожди концентрируются по параллельным по- л.о.сам.

Завышенное значение дальн.ости видимости может быть также от- 'мечено при наблюдении в то.м направлении, в котором дождь ра.опро- страняется, но еще .не охватил ра.сстояние до .объекта наблю.дения.

4* 51

Исходя-1И13 этик 'соображений, 'были (вз'яты (наим'йньти'е значен'ия ме- теоррлогической дальности ^видимости из наблюдений по всем объектам,

вьтьислены коэффициенты '01слабления (ио формуле а = -^ ) и нанесенына >лрафик (рис. 3) .

Чтобы облегчить сравнение с рис. il, прямая линия, пре'дставляющая корреляционную зависимость между Ig а и Ig I, перенесена с этогб гра- фика^на рис. 3 в'месте с парашлельными ей прямыми, ограничивающи'ми ■пределы одного (балла. Как ноказывает рис. 3, 75% точек из '1185 'слу­чаев иаблюдегаий располагаются между этими границами. 'Пол'ученный разброс точек нельзя считать большим, поанолыку он определяется не толвко естественным 'разбросом, связанным с р'азличиями в 'микр01струк- туре дождей, 'но 'С возмож'ными случайными ошибка'ми в'изуальньгх оп­ределений далыно'СТ1и видимо'сти, с одной стороны, и обработки рипювио- прамм — с другой.

Таким образом, мы вправе считать, что визуальные 'наблюдения до­статочно -хорошо подтверждают лолученяую зависимость (2), являю­щуюся достаточно достовер'но установленной.

Сравнивая уточненную на более '01бш1Ир'Н0!М матер'иале зави'си'- мо'сть (;2) с ра'нее 'опубликованной (il), видим, что различие между ними небольщое, 'и на этом основ'ании таблица, 'содержащаяся в |1], в кото­рой дается 5 в баллах, мож1ет быть подтвер'жд'ена без изменений и ре- «ом'вндована для пр арктического испол ьзования. Также подтверждаются и выводы, сформулирова'нньш в [il], о'оновным из которых является то, чТо|'мржет быть дан метод 'Пр'отноза дальности иидимо'сти в зо'не дождя в 'баллах на основе ирогноз'а интенсивности дождя по четырем града­циям. ?

ЛИТЕРАТУРА

1. П'Ол Якова- Е. А. Дальнюстъ видимости в зоне дождя. .Метеорология и гадрология,№ 8. 1956.

2. По л я к о в ' а Е. А. Иаследование мик|р0'0т|ррстуры дождей в авязи с вопросом обих прозраганюсти. Тр'уды ГГО, вьш. 68. 1957.

3. П о л я КОВ'а Е. А. Эксперимевгпалшая .проверка формулы для коэффициента ослаб-(лшия света в дожде!. Труды ГГО, вып. 68. 1957.

4. S c h i r m e r Н. Die raumliche Struktur der Niederschlagsverteilung in Mittelfranken.Forschungen zur deutschen Landeskunde. Band 71. Remagen.

Е. А. ПОЛЯКОВА и В. Д. ТРЕТЬЯКОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ ПРИ СНЕГОПАДАХ

(^Получена корреляционная зависимость между прозрачностью и интен­сивностью снегопадов путем сопоставления данных регистратора прозрач­ности и осадкографа, основанного на весовом приндипе/Высокий коэффи-

. циент корреляции (0,91 ±0,02) позволяет считать интенсивность снегопада основным фактором, Определяющим прозрачность в зоне выпадения снега. Рассчитана таблица, которая может быть использована на практике, в част­ности при разработке проблемы прогноза дальности видимости при снего­паде. у

Иосухедовалась Призрачность или метеорололичеокая дальность види­мости адри шегопадах » метел'ях с (вьшадением снега.'. Для пржшш та­т е иоследоваиие имеет большее значение, чем, вопрос о дальности ви- ДИМ01СТ1И IB дождях, поскольку онегопады .и метели в значительно боль­шей степени снижают дальность видимости^Это, известное йз опыта визуальных наблюдений, обстоятельство до сих пор не имело •количе­ственного 1выражвния.(^Чтобы дать характеристику дальности видимости при онвгопадах и метелях в Ленинградской области, Е. Н. Довгялло были обработаны данные регистратора прозрачности за 1050— 19611, гг. в Воейково. Из 800 случаев наибольшая по1вторяемость метеоролошче- ской дальности видимости при ^снегопадах я (метелях была около '1,5 км. В 80% случаев дальность видимости была :менее 4 »м, в 40% случаев— менее 2 км и в 10% — менее 1 им.

Устано'вление количественной связи между метеорологической даль­ностью видимости и интеноивностью выпадения осадков представляет для снега гораздо более 1слож,ную задачу, чем для дождя)[13.

: Действительно, способ расчета коэффициента ослабления й интен­сивности, который применен для дождя, не может быть .использован для шегопада из-за ^сложной формы снежинок или хлопьев снега. Метод прямого измерения количества выпадающего снега представляет более трудную .задачу, чем измерения количества жидких оса,дков. Использо­вались за,писи репистратора прозрачности при снегопадах и -осадко1гр'афа Третьякова, ошованного на весовом принципе/'Регистратор Прозрачно­сти и осадкотраф установлены на- Оптическом полигоне ГГО в (Воейково. Работа велась в течение двух зим в ;1957 и il(968 гг. Регистратор про- зрадаости имел i6asy (расстояние от (приемника до ,прожектора) 216 м- в 1(957 г. и 240 м в 1956 г., что обаопечивает уверенные измерения в № тересующем нас дианазоне пр|рзрачностей. . :

Регистрация онежных осадков в осадколрафе Третьякова осуще- ствлена ic помощью настольных ст|релочных весов ((ВНСЦ) грузоподъем­ностью 10 кг/снабженных 'Па1нто1Г!р‘афо(м и пером, . рёгистрируюЩйм- осадаи в прямоугольных 1координата(х на обычной ленте пЛйвиойрафа. Весы установлены внутри прямоугольного яш;ика, изолирующего^ их"йт

53

ветра. Осадки попадают через калиброванное отверстие площадью 500 см2.1Прибо'р снабжен ветровой планочной защитой, подобной защите сетевого осадкомера с приемником в 200 см .

Исследования автора прибора показали, что диаметры защиты про­порциональны периметрам ириемны'х со'судов. Нетрудно рассчитать, что для приемника площадью в 600 см регистрация осадков обеспечивается защитой, диа1М'етр которой (120 см. Осадкомер в 200 icm снабжен защи­той диаметром 80 см и имеет il6 пластин; защита оСадкопрафа Собрана из. 28 таких же пластин.

На (рис. 1 дан общий (В/ид установок осадкографа (впереди) и осад-

Рис. 1.

комера (за ним), фиксирующих оса-дии еа метеорологичеоной площадке Оптического полигона 1ГГ0. Результаты систем'атических .оравнений ко­личества осадков, зарегистрированных осадкографом и измеренных осадкомером, приводятся в табл .'1.

Таблица .указывает на соответствие между показаниями обоих при-, боров;, отдельные расхождения не носят характера систематических ошйбок.

■ Повторные градуировки прибора показали, что чувствительность при­бора со'храияет свое постоянство с точностью ±2% в течение двух лет.

В дальяейшам следует ставить задачу oi6 осуществлении регистрации интенсивности осадков наряду с регистрацией их количества. Предвари­тельные разработки позволяют утверждать, что это может быть осуще­ствлено на данном весовом принципе.-. Недостатком данной конструкции явилось .налипание снега, особен­но в ^случае мю.нрого снега,. в нижней конусообразной части. т|рубы приемного устройства. .(Поэтому наблюдателям приходилось ; периоди- чеЬки стряхивать снег и соответственно при обработке корректировать запись...;'4, Для обработки выбирались на ленте регистратора прозрачеости-мо­менты' времени при снегопаде с относительно устойчивым значением. пр013)рачН|оети • в течение не менее 110— 15 минут. :О|00банн0 было обра­щено внимание на случаи, малой нрозрачидсти. Чтобы обл€1гчить полу-

54

Т а б л и ц а 1

Д атаСрок

наблю­дения

Количество осадков в мм

осадкограф осадкомерДата

Срокнаблю­дения

Количество осадков в мм

осадкограф осадкомер

195813 II

14 II15 II19 II20 II2122

23 II

24 II25 II27 II28 II

7197

1977

1977

197

1977

197

19

4.2 0,7 0,14.2 0,2 0.1 0.8 0,4 2.9 0.9 0.3 0.12.2 1.0 1,2 0,8 3.7

4.4 0,9 0.1

■4.9 0,1 0.1 0,7 0,53.2 0.9 0.3 0.02.5 1.1 1.4 0.84.2

1 III 3 III5 III

6 l i l

710

IIIIII

11 III

13 III 27 III 6 IV

7197

197

197.7

197

197

197

19

3.8 0,05.18.5 0.3 7,4 0.61.93.21.6 0,1 1.1 0,2 0.2 3,7

4,20,24.47.8 0.3 8.0

. 0.71.8 2.81.4 0.0 1,1 0,2 0.2 3.6

чение интенсивности онегопада, ооответствующей данной прозрачности на ленте осадколрафа, «ак и на ленте регистратора прозрачности, на­блюдателем делались вспомогательные отметви, •

Всего таким образом обработано 66 'случаев. (Интенсивность снего­пада, как и интенсивность дождя в ['1], 1выражала!сь в миллиметрак рав­ного по весу 'СЛОЯ воды и относилась к часу. ‘

i Для удо1б'Ства 'Сравнения с р'езультатами, получшньгми для дождей, используются, к ак и в случае дождей, логарифмы коэффициента О'сла- бления света снегопадом (Iga) и логарифм интенсивности оН'его.пада ( ig / ) . Причем при 'обработке лент регистратора прозрачности для ис­

ключения влияния . фона атмосферной дымки отсчет по ш кале прибора до !и 'После выпадения снега принимался за полную прозрачность..

Результаты 'сопоставления прозраЧ'Ности с интенсивностью снегопада преД'Ставлены на ^графике (рис. 2 ), где по оси абсцисс отложен Ig /, а по оси ординат Ig а. Значения интенсивности (/ в мм/час) и М'етеорологи- чеокой дальности видимости (5 в нм) также указаны на О'ОЯх.

, :На графике видна довольно тесная корреляционная З'а'висимость.,ме­жду этими. величинами, хотя и мшее тесная, чем для дождя. Коэффи­циент корреляции для 'Этих 68 точек равен . 0,91 ±0,02. Столь вьгсоиий коэффициент корреляции является, ко'овенным доказательством, добро­качественности работы'Весового о'оадкографа Третьякова.

'Корреляционную за1в1исим01стъ между прозрачно'стью и интенсив- но-стью снегопада .мож'но представить- следующей эмпирической, фор'-'мул'ой: ...........................

а = 3,2/“Л - (1)которая найдена «ак 'среднее .из двух урав'нений регрессии

Iga = 0,831g7-H0,486 и lg a = l ,0 0 , lg /+ 0 ,5 2 8 . .! То, что связь лрюзраЧ'Ности с интвнсивиостью 'Снегопада менее тесная,

чем связь С интенсивностью дождя,, соверш-енно понятно^ имея в виду слож!ную и 'разнообразную форму 'онежинок и хлопьев снега.,! " -

• Корреляционн'ую зависимо'сть между метеородогичеокой 'Дальностью видимости и интенсивностью снегопада получаеммиз (1) в виде

^ S = 0 , u r ° '^ \ " ' ' ’ ■ ' ‘ (2 )S5

i / Приближенно можио написать покгледиюю зависимость в очень про­стом'виде, а именно^

(3)

' Из оравйания (2) с 'ооотоетствующей завиаимостъю для ДожДя фор­мула (3) iB [1] видно, чтобпри до1Ж;д|е с интенсивиоютью, равной интен­сивности ' снегопада (если 'ко'личест1во воды в слое снега, выпадающ ем в ед)и;ницу времени, соответствует данной интен!си1вн0сти д о ж д я), метео- рологичеркая далБИость види|]^'01сти на порядок (больше (примерно в 15 раз’) , : чем при снегопаде. ,Это дает количественное выраж ение' общ еиз­вестного : ф акта о большем влиянии снегопада на снижение дальности видимости н6 сравнению с влиянием дож дя. ,5

y f ,o ig - J iO jMM/ц а с

Рис. 2.

Для наглядного сравнения этих двух зависимостей яа рис. 2 :нане- сена также прямая, представляющая корреляционную завиоимость ме­жду lg a и Ig./ для -дождей. Эта прямая идет в нижней части графика и отмечена буквой Д. Для характеристики разброса точек, представляю­щих зависимость lg a от Ig / для снега, показаны границы 'одного балла видимости параллельными прямыми, проведенными прерьввистой ли­нией. Как видно из рисунка, в 75% сл'з^аев разброс точек внутри одного балла. При анализе причин разброса точек (были рассмотрены сиоро'сти ветра, отмечав'шиеся цри наблюдениях. Скорости ветра' были преимуще- ctiSeHHo менее llO м/сек. Из числа точек, выпадающих за указанные гра­ницы одного балла, 'некоторые соотв^етств'уют 'случаям занижения .про- зрачио'сти при 'скор'остях В'етра 8— 1'2 м/сек. Занижение прозрачности в этих случаях может быть о'бъ'яснено поземной метелью, 'которая сни­жает прозрачность в луче прожектора, но не влияет на осадкограф. Ука­занные случаи наблюдались в 1967 .т., когда луч пр'ожектора ш ел вблизи пов'ерхяости П'Очвы ('будка с 'Прожектором регистратора прозрачности видна на: рис. 1,.на заднем плане). В 1958 г. (будка с прожектором была устано'влена на. 2 .,м; (выше.

До сих пор 'МЫ ра'ооматривали лишь 'рнижение прозрачности, обус-56

лавлениое снет'опадо'Л^ В 'целом шризонтальяая прозрачоо'сть атмо'сферы при выпадении снега определялась суммарным влиянием атмосферной дыадки и снегопада. Е'сли до выпадения снега имелась заметная ды'мка, то оредставляет лрактичеакий интерес значение метеорологичеокой'даль- вости видимости, которая олределяется сочетанием дьгмжи и помутнения, обусловленного снегопадом. Такой расчет был выполнен для нескольких градаций интенсивности снегопада по формуле (1)J Результаты анало­гичного расчета для дождя в виде таблицы имеются в статье [2].

'В табл. 2 приводятся, рассчитанные для снегопада значения даль­ности видимости в 'баллах, соответствующие трем градациям интен'сив- Н'О'Сти снегО'Пада и различным значениям дальности видимости до снего­пада. - ^

Т а б л и ц а 2

Интенсив­ность

снегопада в мм/час

Дальность видимости до снегопада в баллах

2 3 4 5 6 7 8 9

0 ,1 -0 ,5 2 3 3 -4 4 4 -5 4 -5 5 5 -60 ,5 -1 ,5 2 , , 2 3 3 3 -4 3—4 3 -4 3 -41 ,5 -3 ,0 1 -2 2 2 2 2 -3 2 -3 2 -3 2 -3

. Данные этой таблицы 'Могут быть рекомендованы для п:ра1ктичеокото использования.

: Эти результаты Moiryr быть иапольз'о.ван'ы также при раврйбошке прогноза дальности видимости в осадках. На 'ооноваиии всего .изложен­ного можно сделать следующие выводы.

Интенсивность снегопада является основным фактором, определяю­щим 'ПрозрачН'01сть.

|П'ри известной интенсивности 'Снегопада может бы^ь определена ме­теорологическая дальность видимости с точностью до 1 балла. Прогноз интеноиёности снего1пада, хотя бы пр.трем градациям, является необхо­димой пр'едпосыЛ'Кой для .прогноза дальности видимости в зоне вьспа- дения 'Снега.

- , ' : ЛИТЕРАТУРА1. П о л я к о в а Е. А. Исшедогаание метеорологичесной 'Дальности видимости в дож­

дях. Настоящий c6qpiHHK.2. П ' о л я к о в а Е. А. Далшость иидимости в зоне дождя. Метеор,ология и пидрояо-

гая, № 8. 1956.

и. л. ЗЕЛЬМАНОВИЧ

МИКРОСТРУКТУРА и ПРОЗРАЧНОСТЬ СНЕГОПАДОВ

В статье излагается теория метода определения микроструктуры оне- ' гопадов и результаты экспериментальной проверки метода. Данный метод

, позволяет рассчитать кривые распределения снежинок снегопадов по раз­мерам, если известны количество снежинок в 1 см® воздуха и прозрач­ность атмосферы.

■ Целью настоящей' работы’ является получение предварительных дан­ных о микроструктуре онегопадов (т. е. расцределение анежинок снею- пада по размерам). .

Знание микроструктуры онетопадов позволит ‘более точно прошози- -ровать дальность обнаружения объектов жак зрительно, та,к и спецйаяь- НЫ1М1И прибор'ами. С ,другой стороны, MisiMeip'eHHbiie вшячины отраженных радйоеиг,нало.Е от онетопадов дадут возможность судить на расстоянииоб интенсивности (водности) тоследних i[i]. Автор, приступая к данной работе, не paianowaira,Ji юведениямя о \Друпйх'работах по ми®р01структуре снегопадов. Д'аж:е :в пЬ'Сяедней, наиболее ,п6‘лной монографии А. Д. За­морского {2] распределение снежинок снегопада по р'аз1мерам не рассма- трив-алО'СЪ.

До сих пор велись работы только по определению микроструктуры дождей (Т. е. ,расп!ределевие капель дождя по размерам).

Изучетие миироструктуры снегападов оказалось трудоемким из-за сложной формы снежинок. 'Сло!Ж»а1Я форма Ш'ежино,к не позволяет рас­считать индикатрисы рассеяния снежинок и коэффициенты О'слабления, водность снего,падов и т. ,д., что д л я капель дождя являетоя более или менее решенным вопро,сом. Кроме того,' метод измерения количества ■выпадающего снега еще тоже не со'ве1ршенен.

(В работе [3] .предлагаяся метод определения .кривой распределения капель дождя по одновременному'измерению дйух интегральных его ха­рактеристик: оптической прозрачности и интенсивности.

Кривая распределения была выражена !в виде [3]dndr = f i r ) = Ar^e~^^, (1)

где г — .радиус капли в ом, А и Р — коэффициенты', которые определя­лись для каждого дождя.

Для определения кривой распределения в снегопаде по tpasMepaiM снежинок были использованы две интегральные характеристики; опти­ческая 'Прозрачность (а) и количество снежинок в 1 ем воздуха («).

• При проведении эксперимента были учтены недостатки, указанные- в pai6oTe [3].

Для 'Определения величины коэф'фициента ослабления в 'снегопаде испольэавалась установ,ка регистрации прозрачности слоя .воздуха тол-

5 8 -

щийой 1600 iM. Ороэрачность измерялась Л'ри длине волны Я=3,87 р,, для ■которой дрозрачность воздуха в оонов'ном зависела от размеров и ко- личесива швдрометеозошей, иаходящихся ф 1 'ОМ® в01здуха, ® по1чти’ не за: висела о.т других метеороло'шчеоиих факторов (отноюительной влажно­сти, давления И;т. д .) . величина коэффициента 01сла.бления,. на 1 см ДЛ1ИНЫ тгути вычислялась ш формуле ,

■ . ;■ (2)

здесь Fo — среднее значение отсчето:в .по регистратару црозрачнооти при' отсутствии снегопада, которое было получено из ^ наблюдений. Раз­брос отсчетов был 1н‘взиачитель1ны1м (менее 8%), F -г-среднее значение ■отсчетов из 40 на(блюдений по регистратору прозрачности ibG’ .время сне­гопада.

Метеорологическая обстановка во время проведения измерений (5/II il958 г. с |Г1 час. 04 мян. до ill час. 45 мия.) была следующей: ви­димость— '2 нм, облачность — 1D баллов, облака—^слоисто-дождевые, сл1абый снег интеншвностью 0,1 мм/час, вете.р—NW , 6 м/сек., темпера­тура ©оздуха —4,6°(С, давление 987,5 мб, абеолютная флажнооть 3,7 мб, относительная влажность 85%-

Как известно, коэффициент О'слабления (а) на'; I ом длины пути- в онегападе можно рассчитать по формуле

ОО I

' (3)'S tv i «= 1

согде п = 2 shF — количество онежинок в 1 см® воздуха, n't — ноличе-

ство г-тых снежинок, обладающих одинаковыми размерами, упавших на площадь 5 (см2) время t (сек.), ki — коэффициент О'слабления на г-той снежинке (■ом ), — установившаяся скорость падения г-той оне-жинки (см/сек.).

Вычисление коэффициента О'Слабления, таким образом, свелось к определению коэффициента ослаблевия. на /-той снежинке, устано- вивш-ейся спорости падения г-той снежинки' и количества i-тых снежинок, упавших на площадь 5 за время t. Коэффициент ослабления для случая, когда длина -волны значительно м-ен-вше размеров снежинки, равен удвоенной площади поперечного сечения данной снежинки [4].

И з-за сложной формы снежинки вычисление (измерение) ее площади по1перечного сечения- связано с большими, трудно'ст^ями, а в некоторых случаях определение площади поперечного 1сечения снежинки невоз-МОЖ1НО. ; . : , ■

■Поэтому в зависимости от требуемой точности .площадь поперечного сечен.ия снежинки можно аппроксим'ировать площадью какой-либо про­стой плоской-фигуры (круг, эллипс-И д р .). ■

Скорость падения снежинки, как показал А. Д. Заморский [2], зави­сит птолько от‘ее формы. В нашем случае .снежинки имели форму округ­лой звездчатой пушинки )[12]. Скорость ее падения определялась време­нем прохождения. Знметрового пути. Снежинка сопровойсдалась .свето­вым лучом, для лучшего наблюдения за полетом. С помощью, масляной ванночки (в (ванночке находилось на.сто!ровое. масло) производилось фо’- тбграфирование снежйнйк -для определения их поперечных: размеров. Средние .скорости падения снежинок пряв-едены (В, табл. 1.

■ ' : ' Т а б л и ц а 1Наибольший поперечный размер в мм 4,2 4,5 4,8 5,0 5,1 5,3 5,8 6 7Средняя скорость падения в см/сек* 127 127 ПО 9Q- ^ 7 100- 107 107 9а,.

59

. Средняя скорость падения пушинки была принята равной ГОО см/сек. (табл. _1). Необходимо отметить, что данный способ определения ско­рости падения 'онежянок пригоден только при онорОстях ветра не более 5—6 'м/сек. и при 'Слабых снегопадах.

Сеежпикя улавливались на теплую фильтровальвую'бумагу с полез­ной площадью 670 см , покрытую твердым 'Красителем (;10 частей мар­ганцовокислого калия и(Т часть ,т:алька) в течение 15—20 сек. При тая­нии снежинки оставался''след в виде пятна 'на красителе.-Размер пятна зависит от свойств фильтровальной 'бумаш и красителя. После про'сушки

Рис. 1. Сравнение измеренного количества снежинок в 1 см® воздуха в интервале Дг=0,01 см с вычисленным

значением при снегопаде 5 II 1958, 11 час. 04 мин.

• - “ ИЗМ- ^ “ "выч = •

бумаги с нее смывался .нраситель, а затем она вновь просушивалась. С по'мощью проекционной установки пятна, ув'еличенные в 20 раз, проек­тировались на экран, сделанный из миллиметровой бумаги. 'Полученные на экране пятна от снежинок аппроксимировались площадью ируга.

Для определения водности снежинки по ее пятну использовались пятна от капель воды за'данных радиусов. Рассчитанные данные для радиусов пятен через интервалы Аг=0,5 мм приведены в табл. 2.

Радиусы пятен измерялись через интервалы Ar=0,0'l ом. Затем пооо

формуле п = - 2 ~1=1

iStvi'- определялось количество снежинок, находя­

щихся в 'Г см® воз1ауха.'Эта данные сведены в табл. 3. 60

Рис. 2. Сравнение измеренного количества снежинок в 1 см® воздуха в интервале Дг=0,01 см с вычисленным

значением при снегопаде 5 II 1958, 11 час. 24 мин.Уел. обозначения см. рис. 1.

Рис. 3. Сравнение измеренного количества снежинок в 1 см® воз­духа в интервале Дг=0,01 см с вычисленным значением при снего-',

паде 5 П 1958, 11 час. ЗГ мин.Уел. обозначения ем. рис. 1. '

Радиус пйтна в мм Радиус капли в мм

Радиус пятна в мм Радиус капли в мм

Радиус пятна в мм Р&диус капли в мм

i2

0 , f 5 r

Рис. 4. Сравнение измеренного количества снежинок в 1 см® воздуха в интервале Дг=0,01 см с вычисленным , значением при

снегопаде 5 II 1958, 11 час. 45 мин.Уел. обозначения см. рис. I.

П

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 fO 4,5 5,0 5,5 6,00,12 0,25 0,37 0,48 0,60 0,71 0,81 6.92 1,02 1,12 1,22 1,32

6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 1,41 1,50 1,59 1,67 1,75 1,83 1,91'1,99 2,07 2,14 2,21 2,28

12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 2,36 2,43 2,50 2,58 2,65 2,72 2,78 2,85 2,91 2,97 3,04

Построение нривых распреде­ления снежинок сто р'азмерам в ш егш аде 'Производилось по ра­диусам их пятен че|рез интер!валы Аг=0,01 ам. Размеры пятен на красителе от растаявших юнежи- нок 'были иеоколь'ко больше иопе- Р'ечных размер'ов снежинок, нахо- дящи'хоя IB воздухе (примар'но на 10 %). 3 авиаим'ость величиныпятна от попе;речны.х размеров снежинки установить не удалось. Находить функцию раапределе-

■ ния анежинок' по эквивалентнымрадиусам капель воды, массы кото|рых равнялись бы массам снежинок, в этом случае было

. нецелеоообразно,'Как видно из рис. 1—4 (шлош-

ная линия), экапериментальные ^Кривые имеют формы, близкие к самейству кривьгх, которые ана­литически описываются форму­лой (1).

Пр'оверку наших пр'едполо'же- н'ий произведем .аравнанием рас­четных данных с экопаримен- тальными '31начания1ми: количества снежинок в 1 см 'воздуха, коэф- фицианта ослабления, ширины ра- 'спределени'я (Ar,i],) [она опреде­ляется как расстояние между значениями {г{) и (/ г), где функ­ция распределения : имеет вели­чину, равную половине макси­мальной] и положения макси­мума [rj).

Количество 'снежинок г-тото ра­диуса, в / 1 iCM воздуха р'аосчиты- валосъ' в интервале Аг='0,0;1 см

■ по формуле

= Ъ,0\АгЧ-^' , (4)

Т а б л и ц а 2

= 0,01 , d nd r , / с р

^~Гг Ar=0,i01.

( - ^ ) —‘ср'еднее значение ф'ункции распределения в интервале

62

Т а б л и ц а 3

г см

11 час. 04 мин.

•S

е"

11 час. 24 мин. 11 час. 31 мин.

I :

", а к"

11 час. 45 мин.

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18

. 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

2,176,573,242,761,721,611,141,200,510,680,230,180,050,040,050,010,020,01

0,01

0,01

2,804,854,783,582,411,490,860,820,27-0,120,0720,026

2,254.10 2,40 1,521.11 0,50 0,23 0,28 0,13 0,34 0,11 0,11 0,071

0,071

0,071

1,422,612,692,181,551,030,650,3980,2270,1270,0720,0400,021

2,203,664.26 3,122.26 0,81 0,47 0,39 0,35 0,45 0,22 0,27 0,16 0,07 0,022 0,015 0,0074 0,015

0,0074

0,0074

2,504,254,06.3,062,051,270,720,410,210,110,053

4,317,407,44_5,363,181,430,770,530,320,340,200,180,0830,0230,06

5,758,50

^7,104,672,701,390,7340,3560,1,670,0780,031

Для определения коэффициентов Л и р использовались формулы [3]

==2А = 21гЛ 24

Р5 (5)

где Пизм и ссизм— измеренные значения количества снежинок в 1 см® воз­духа и коэффициента ослабления на 1 ом пути. Значения (Пвыч) пока­заны .на рис. '1^4 (пун1КТ1И!рная линия). .Коэффициент ослабления ipaccqin- ты'вался по формуле

i= j

= У (6){=1

Значения ширины распределения и положение максимума (/■„) опре­делялись по формулам [3]

(7)

Измеренные и расчетные значения величиц {п, а, Ar,j , г^) сведеныв та.бл. 3 и 4 (5/П 1958 г. 11 час. 04 мин. — Г1 час. 45 мин,).

Как видно по данным табл. 3, 4 и рис.,!—i , экспериментальные и еы- чйсленньге данные имеют р'асхождения, допусггимые для ;практ1ических расчетов (например, видимости). Это дает возможность сделать выводо правильности предположений, которые |были положены в основу дан- Ho.ro метода. Для детального изучения микроструктуры снегопадов не­обходима обработка 'большого количества наблюдений.

63

Т а б л и ц а 4

11 час. 04 мин.« - •

11 час, 24 мин.

измеренные вычисленные измеренные вычисленные

'&Щ, а

Кт

>

2.22Ы0-® 2,223-10-®

0,015-0,025 0,02

2,208-10-?3,28-10-^0,02360,034657,584,6

l,310U0-f1,62-10-®

0,015—0,0250,025

1,892-10“ ®1,36-10“ ® . 0,0256 0,0435 311,0

: 78

11 час. 31 !Мин. 11 час. 45 мин.

^tliаГт

>1 ,

1,876-10-®1,94-10-5

0,025-0,0350,042

1,869-10“ ®2,77-10~®0,02340,039

58685,5

3,160h0"®2,4Ы0-®

0,015-0,0250,038

3,037-10“ ® 3,31-10“ ®

0,022 0,0376 .

1545 99,2

. На наш взгляд, (более точное 'оовладение экспериментальных данных с вычислетными имело место при определении трех интелральиых харак­теристик'снегопада: оптич-еской прозрачности (а), количества снежинок в 1 см® воздуха (п) и коэф'фициента отражения радиоволн.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вестник информаций, № 18. Изд «Советское радир». (Применение радиолокатора' ; для измерения количества выпадающих дождей.) 1953.

2. ЗиМ'Ор'Сжий А. Д. Атмос|фе|рны'й лед. Иад. АН СССР. 1955.,3. - П о л я к о в а 'Е. А< я Щи-фрин К. С. -Мккрострукшура -и прозрачиость дождей.

Труды ГГО, вып. 42(1б4). 1953.4. Ши ф р и н К. С. Рассеяние света в мутной среде. ГИТТЛ. 1951.

Я. я . ПЯТОВРКАЯ

СПЕКТРАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ НАЗЕМНЫХ КОНТРАСТОВ ,В ВИДИМОЙ И БЛИЗКОЙ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Сообщаются результаты расчетов спектральных наземных контрастов ;/С(Я) на основе спектрофотометрической классификации природных ,обра- ' ..

■ зований Е. Л. Кринова. Спектральные. контрасты рассчитывались для .ин-. ' тервала 0,4—0,8 |л через 0,05' Составлена классификация- средних ,,At-' ;чаний К Щ по классам и типам, объединяющим определенные типы -объектов на каком-либо фоне. Дается подробное описание предложенной классификации. ;

Изучение спектральной отражательной способдости•триродных;©,бра- ''-'I зований •показывает, что сиектр-альные коэф|фи-ци0нты яркости г (Я) -р аз- -

„личаых паверхностей сильно отличаются друг от друга [d, 2]. Несмотря -;Н'а'’М1НО'гр|абразйе кривых отражения, можно наметить ограниченное ‘'i' число типичных, к которым практически относятся все кривые г{%). Та­кую классификацию составил Е. Л. Кринов [I]. Все кривые подразде-' , , лены им на три . основных класса и внутри каждого класса еще на не-.; "'-* сколько ТИП01В. *

Мы воспользовались этой классификацией для растета спектральных наземных контрастов. Спектральные ко.нтрасты вычислялись п о ,форму- '.,,ЛЗ'М ’ ' "■ ' “ .

= 0 )

пригО^)о>гО^)ф

и

при

Здесь индексы обозначают: «о» — объект, «ф» — фон. Были вычи­слены контрасты для (Всевозможных пар (объект—фон), вошедших в -классификацию Е. Л. Кринова. К (Я) рассчитывались для длин волн Я от 0,4 до 0,8 [д, через 0,05 (х. Если для всех Я. для одной пары, (объект—фон) ра­счеты производились только по одной из формул (1) или (i2),T0 KiX) Пр'Й- нималась всюду положительным. Еслн же для одной и той же пары при одних % И'спользовалась одна , формула, а при других X. другая, т.. р в. первом 'СЛ'учае г(Х)о^>гЩф, а в д р у г о м г (А ,)ф > г(Х)о, . то /((Х,) в П'О'СЛбдйем случае принямалось о-трицателвным.. '.

.Изменение знака 'Спектрального контраста имеет тот смысл, что при использования приемника, интегрирующего .спектра'Льный контраст в .-каком-то интервале.;длин волн, наблюдаемый интегральный контраст будет зависеть от соотношения между положительной и отрицательнр,й

5 Труды г г о , вып. 100 . §5

qaci'ffMiM 'йрйвой 'спбктралшо'го контраста. OtpiHiMepoM такого пр-иемяика •может- .служить фотопластинка. '

■При составлении ра'зличных сочетаний объекта и фона сохранены б'бодаач'ения Е. Л. Кринова (цифры I, И, П1 соответствуют классам, а Г,.2, 3, 4 — TBnaiM разных поверхно'стей). Результаты расчетов К (К) с cd-

* X X л X <

■47

■ -3 4X а X X X * у

ср.

Ч 5 ) Z Z -Z J

„ I I ............................................ I д1------- 1------- 1----— I------ 1______I —J_____I ,1S Ш 500 550 60 0 650 700 750 800Х ^ 0 0 Ш 5 0 0 5 5 0 6 0 0 65 0 700 750 8 0 0 1

i

щ щ

ost

т

e/f- --------- 8---------2...............J-------------т ~ ~ с р .

т г) т

0,8

0,6

0,4

0,2

’-----------■■■■------

-3 6 : ■26---------- 28и35-----------25--------- 29и18 '‘ -^ ’‘ - 20............12 — ~ ^ с р ._д_Х_Х./7

- Ш 50 0 550 600 650 700 i h 8 0 0 Х

К(Х )

Рие. 1. Группы спектральных контрастов К Щ для различных пар поверхностей * (объект—фон).

ответствующим знаком приведены в табл. 1. В таблице указаны пары поверхностей ,(объект—фон), для которыхчвычислялись контрасты*. Опи­сание поверхностей к табл. 1 приводится в цриложшии. ■

Кривые спектральных контрастов iC(X) для различных пар по табл. 1 раз-делены ла НО групп, .каждая из которых объединяет •кривы'е с близ­кими значениями А'(Х) (рис. 1 а—д и 2 а—д). На обоих рисунках кри­вые даны под номерами, которые соответствуют порядковым номерам

66 '

^ 00 450 500 550 600 650 700 750 800Х

К М

Рис. 2. Группы спектральных контрастов для различных пар поверхностей(объект—фон).

5*

Т а б л и ц а 1

Спектральные контрасты К ( )

№пп.

Н-ЬЙ<Dя- Ю оо-в-

mil

400 450 500 550 600 650 700 750 800

12345678 9

1011121314151617181920 21 2223242526272829303132333435 36.3738394041424344454647

-I2—13 - I 4 - И , - И д -И з - М 4 - I I I , - I I I 2 - I I I 3

I2- I 3 Ь — 1 4 b - I I i12 - I I 213- I I 3I2 - I I 412 - I I I , Ь -Ш з Ь - Ш з13- I 4 I3 - I I 1 I3- I I 2 I3 - I I 3 I3 - I I 4 -1з-1И,1з - И 1 21з - И 1з

- I I 2 -И з - I I 4 - I I I , - I I I 2 - 1 И з - I I I , -1112 -1И з

П 2- И ЗИ 2 - И 4112 - I I I 3113 - I I 4113 - 1Из114 - I I I 2 И4- И 13 I I I , - I I l 2 111,-И1з n i2 -IIIa

0,6560,7960,9380,2280,3340,4360,5690,9700,9740,8530,4080,8210,7340,4850,3910,2030,9110,9230,5730,6980,8430,6950,6390,5270,8500.8720,2800.9540,9080.8920.8560.5050,5700,5800,9760,9800,8870,1540,3540,7800,2360,7400,9400,6600,1330,7900,822

0,662 0,847 0,952 0,217 0,439 0,521 0,629 0,969 0,972 0,748 0.547 0,857 0,735 0,397 0,294 0,088 0,908 0,917 0,256 0,685 0,880 0,727 0,680 0,586 0,796 0,816

-0 ,394 0,962 0,914 0,900 0,870 0,352 0,421 0,809 0,976 0,978 0,802 0,146 0,339 0,548 0,226 0,473 0,925 0,319 0 ,106 0,876 0,888

0,6640,8600,9520,3850,4810,5670,6860,9650,9670,6290,5860,8610,7920,3520,2210,0720,8970,904

-0,0910,6670,9130,7310,6780,5550,7490,768

-0 ,6240,9720,9100,8930,8520,2490,3030,8750,9790,9800,7730,1670,3980,2860,2770,1430,897

-0,1570,0690,9060,912

0,6790,8750,953

- 0 , 0 6 50,6710,7840,8280,9610,9640,4630,6120,8550,6560,022

- 0 ,3 2 80,4650,8810,885

- 0 , 4 0 00,6270,8670,6210,4220,2760,6900,701

- 0 ,7 6 80,9500,8590,7850,7310,1680,1980,9140,9590,9620,4270,3440,4760,3860,202

- 0 ,5 9 70,783

- 0 , 6 7 90,0350,9290,931

0,6940,8910,9550,0670,6160,7020,8470,9600,9600,2500,6410,8530,7140,204

-0 ,0300,5000,8740,872

-0 ,5920,5900,8980,7140,6300,2820,6440,639

-0 ,8540,9570,881■0,8490,7070,1280,1180,9400,9630,9640,3020,2280,602

-0 ,4870,485

-0 ,6040,740

-0 ,797-0,012

0,9480,947

0,6630,8730,9480,3890,5330,5720,8140,9520,952

-0 ,2500,6200,8470,7950,2800,2150,4460,8600,855

-0 ,7480,5970,9220,7260,7010,3140,6300,618

-0 ,9040,9700,8900,8800,7230,0830,0520,9600,9720,9720,1850,0830,602

-0 ,6490,5650,6780,737

-0 ,860-0 ,033

0,9650,964

0,7520,8590,942

- 0 , 3 0 50,7070 ,7670,8700,9450,942

- 0 ,5 8 60,7760,7700,6430,152

- 0 , 0 6 20,4770,7830,768

- 0 , 8 9 70,5970,7970,5180,393

- 0 , 0 7 90,6200,592

- 0 , 9 4 10,9170,8050,7550,5620,055

—0,0110,9770,9220,918

- 0 , 7 1 30,2040,556

- 0 , 8 8 00,441

- 0 , 9 0 40,556

-0 ,9 4 7- 0 . 0 6 6

0,9790,975

0,7740,8500,939

- 0 , 6 8 00,8070,8830,9000,9390,934

- 0 , 7 6 20,3340,7220,294

- 0 , 1 4 6- 0 , 4 8 7

0,5560,7320,703

- 0 , 9 4 80,5820,5300,219-

- 0 , 2 2 9- 0 , 3 3 5

0,5970,553

—0,9640,8040,6740,4570,3720,037

- 0 ,0 6 40,9850,8100,792

- 0 , 9 2 30,3980,481

- 0 ,9 5 30,137

- 0 , 9 7 30,328

- 0 , 9 7 5- 0 , 0 9 9

0,9850,985

0,7580,8140,921

- 0 , 6 5 70,7920,8850,8900,9350,910■0,8480,2330,6730,295

- 0 ,1 4 1- 0 , 5 2 7

0,5490,6780,628

- 0 , 9 6 60,5730,4590,107

- 0 , 3 8 4- 0 ,4 1 1

0,5820,515

- 0 , 9 7 20,7690,6180,3070,2750,021

-0,1200,9890,7740,738

- 0 , 9 4 70,4500,475

- 0 , 9 6 90,044

- 0 , 9 8 40,176

- 0 , 9 8 5- 0 , 1 3 8

0,9890,987

В табл. 1 и дрилоЖ'е:Нии. Для :каждой из 10 групп контр-астов были вы- числ ены оредние значения Д'(Я). На 1р,ис. 1—й эти ‘OpeflHHe ®ри:вые выде­лены.

На рис. '3 тредставлены все средние по 10 группам значения Д’(Х). Из трафика видно, что эти кр-ивые можно-■объединить в четыре .класса, резко отличаю;щиеся друг от друга ,по ходу КСк) по спектру. Внутри каждого кла‘сса также выделяем несколько типов, отличающихся друг

Ш ' 550 600 650 70Р

от друга по расположению отдельных 'максимумов «ли минимумов, мо­нотонному или /более, резко'М'у убыванию или росту /С(Я,) по опектру. В та'бл. 2 даны значения 'србдвих величин 'контрастов КЩ и.указана ш классификация по классам и типам. Ниже дается подробное описание предложен'ной .кла'ошф'икации.

'К п е р в о м у к л а с с у относятся кр.ивые, педиимающиеся от фио- летоер'го к юрасном'у концу спектра. В этот 'класс объединяются два типа кривых; I — 1 и I — 2.

.Для типа I — 1 xapaiKTeipiHo почти монотониое возрастание К{I) по 'Опектру (от 7С=0,68 до К =0,92).К)рй!вые этого типа характерны для 'СДедующ'их контрастов: 1) на фоне войной поверхности — снег, покры­тый ледяной коркой; овежввьгпав- ший 'снег, известняк, глина и другие йаиб'олее светлые объекты; 2 ) на фоне леаных насаждений о'оеныб и нек'отарых типов строений — почвы (черноземные и супесчаные), грун­товые, ДОР'ОГИ.

Кривая типа I — 2 имеет один резмо выраж'внный макюимум К(Х)1йри Я=0,55 [д, (где Д'=0,б6) и вто­рой —г 1незако1нченный, в последнем сл'учае К Ск) непрерывно растет от Х=0,65 |х (/С=0,41) до Х=0,8 ц (^”= 0 ,67). Кривая такого типа ха­рактерна для следующих контра- ctoib: почвы (черноземные и супесча­ные) или грунтовые дороги на фоне Х1ВОЙНЫХ пород леаных насаж1Двн«й в зимний и летний периоды, лесных насаждений лиственных пород в лет­ний период, суходольных лугов и всех т|рав'яных .покров'ов.

■В торой к л а с с о'бъедиН'Я'ет иривые К Щ , растущие от ирааного до ф'иолетового конца спектра. Этот класс М10ЖНО раз,делить на три ти'па кривых: П— 1, II—2, II—3.

- Для типа II— 1 контрасты почти ее меняются nipn переходе 'ОТ ,фиол:е- TOiB'oro к iKipaciHOMy концу спектра (X порядка 0,92). Кривыеэтоготипа ха'рактерны для .след'ующих ко'нтрастов: гр'унтовые дороги на фоне пес­ков, некоторых горных пород, известняков, глины и других наиболее светльвх о'бъектов, снега, по'крытого ледяной коркой, свежевыпавшего снега. , ,

11— (2 — здесь кривая КЩ .монотонно уменьшается от фиолетового до красного конца спектра (от К =0,89 до /(= 0 ,6 6 ). Кривые этого типа характерны для следующих контрастов: 1) на фо’не снега ,;{свёжевыь павшего и покрытого ледяной коркой) — шоссейные дороги, некоторые типы 'Строений, стески, иекоторые горные пароды, хвойные поро.ды лес­ных .насаждений в зим'ний период; 2) известняк, глина и некоторые. Дру­гие 'наиболее светлые объекты на фоне суглинистых и о,подзоленных 'ПОЧ1В, шоссейных ■ .дорог, некотор’Ы'х типов . стр'оений,, песков, . хвойных

-0,2-

-0,4-

-0,6-

-0 ,8 -

\\ 1 ■\ 1\ - 1 .

\ t '*\ Л\ - vi -\ ■ 1'V ■ . i . ■ч

N 4

"ЧУ-З

Took и-з

■IV-i

-1,0Рис. 3. Классификация средних ‘зна­

чений К (X) по классам и типам,

Т а б л и ц а 2

Средние спектральные контрасты К (X)

№груп-.’ПЫ

Клас­сифи­кация

тр.

400 450 500 550 600 650 700 750 800

1234 ■5'6.7 . 8 9

10

1-11 -2

И -1П -2П - З

I I I - 1I I I - 2IV -1 IV -2 IV.-3

0,6850,2820,9200,8890,4040,6070,8700,4540,8280,333

0,7720,2980,9350,8810,2930,2400,7760,4340,8400,370

0,8080,3230,9360,8690,207

-0,0870,7010,4380,8480,420

0,8560,5650,9380,8370,134

-0,5670,4450,0690,7410,431

0,8780,5130,9430,824-0,078

-0,6660,2760,2300,7690,577

0,8730,4070,9330,8210,034

-0,7680,0320,3800,7960,597

0,9100,5400,9240,769

-0,007-0,914-0,650

0,0200,6380,590

0,9260,6600,9150,697

-0,042-0,962-0,842-0,3760,3670,318

0,9200,6700,8950,661

-0,079-0,977-0,898-0,424

0,2700,250

пород лервык яаоавдвний в зимний и летний иериоды, сухощоль'ных лугов, травяных ло1к)ров'ов с недостаточно сочной растительностью.

Тип II—3. При Я,= 0 , 7 —0,i8,[,i появляются незначительные отрицатель­ные контрасты (от К= — 0 ,0 0 7 до К = — 0 ,0 7 9 ) . Для этого типа харак­терны 'Следующие контрасты; на фоне свежевы1па1вшег0 онега и снега, покрытого ледяной коркой, — известняк, глина и другие наиболее свет­лые объекты,

Т р е т и й кл а с с объединяет кривые KiVj, резко уменьшающиеся от фиолетойОто до красного конца спектра. .Здесь появляются большие отрицательные контрасты. Два типа кривых (III'—1 и III—12), объеди­ненных в этот класс, им'еют почти параллельный ход, различаясь лишь по в1ел1ийвне|(/(!(я) для данной Я.

Ддя кривых типа III—il /С(Я) уменьшается от 0,61 (при Я=0,4 [j,) ДО О (яри Я; около 0,5 jj,), а ватам отрицательные i<'(Я) возрастают до —0,98 (при ;к=0,в [л). Для этого типа характерны следующие контрасты: на фоне войной,поверхно'Сти — хвойные породы лесных насаждений ле­том, лиственные породы — летом и осенью, травяные покровы с 1густой и сочной растительностью, созревшие (пожелтевшие) полевые культуры, почвы оподзоленные, суглинистые и др., шо'осейные дорога, некоторые типы’строений, пески, различные обнажения пустыни, некоторые горные породы.

Дл’Я кривых типа III — 2 К{'к) уменьшается от 0,87 (Я = 0,4[х) до О (Я равна oKoWiO 0,65 jx) , а .затем отрицательные i^(Я) возрастают до —0,9 (Я=0,'8|л.). Для этого типа характерны- следующие контрасты: на фоне водной поверхности — хвойные породы лесных еа.саждений в зимний период, почвы черноземные и супесчаные, грунтовые дороги и др.

Ч е т в е р т ы й к л а с с объединяет три типа кривых: IV—1, IV—2, и IV — 3. Кривая типа IV. — il имеет 2 манаимума, один — нозакончеи- ный, при Я=0,4—0,i5n, другой — при Я=0,65 [X. При Я > 0 ,7 [х контрасты становятся отрицательными, до1Стигая максимальной величины при Я—0,8[х [/С(Я,) ——0,42]. Для этого типа характерны следующие кон­трасты:- Г) пеаки, некоторые горные породы на фоне лиственных лесных насаждений летом и ©.сенью и сочных трав'яных покровов; 2) почвы, Шоссейные ,и 'грунтовые дороги, некоторые типы строений на фоне хвой­ных 1П01р0|Д лесных насаждений зимой и летом, лиственных пород лесны-х насаждений летом и травяных мокровов. 'Кривая типа IV — 2 имеет2 ;ма1всимума /С(Я) — при Я=0,5(х [ < (Я) =0,вб и Я = 0,65|л [/((Я) — 0,80].

70

Р«а характерна для 'Следующих контрастов: il) на фоне песков, иёкато- рых 'горных пород — хвойные породы лесных насаж дений в зимний и летний периоды, леоные насаж дения лиственных, пород !В летний период-, 'Суходольные луга, травяны е 'Покровы с сочной густой и недо'статочно сочной ра'стит'ельностью; 2) на 'фо'не свеж'евыпавшего 'ОнегЗ' — леса в 'Не- рИ'ОД осенней раскраски и '0031реВ'Ш«е (пожелтевШ'Ие) полевые ку^яьтуры; 3) иввестняк, глина и некоторые другие,, найболее 'Оветлые объекты’, не­которые ТИПЫ 'Строений, шоссейные дороги — иа фоне хвойных' пород лесных насаж дений зим'ой, лесных насаж дений лиственных пород летом 'И В'сех травяны х понровав 'С густой и сочной ра'стительностью, лера в яе- Р'И'Од осенней 'раокраски и 'Созревших ('Пожелтавш1Их) полевых культур. К р и в а я типа IV — 3 . имеет один .макаимум К{Х) при Я= 0,65 ц [Х(Я) =0,6]. Этот тип характерен для таиих ноптрастов; 1) на фойе лбС'- ных 'насаждений в период 'Осенней раокраски. .или созревШ'Их (пожел­тевш их) полевых культур — травяны е покровы, с Н'едо'стато'чно сочной растительностью или травяны е .покровы с тустой .й сочной рэ'Ститель- нюстью, хвойные леса; 2) н а ф'оне песков, равлич.ных .обнаженийпустыни, н0ното1рых горных пород — шоссейные даороги, некотор'Ые типы строений.

AiBTop-при'знателш iK. С. Ш.ифр1и'ну за .ряд ценшы.х сюв'етав, по пред­ложению .которого р'З'бота выполнена.

ЛИТЕРАТУРА

1. 'К|ри.ц'Ов Е. Л. Спмспралшая юшражаггелшая сгтоообнасть-природиых об1разоя.ан1ий.Изд. АН 'OGCP. 1947.

2. К|р!а1с я л ь щи к о ' в Л. Б., Г о л и к о в а О. И., Н о в о с е л ь ц е в Е. IT. Фото-эл.екпр.ичесии1е иамереиия отектрилыных относительных коэффициентов : Я!рко1Сти. Труды ГГО, вып. 68. 1957.

П РЙ Л О Ж ЕН Ш

Описание пар (объект — фон) к табл, 1

1Ш. Объект

3-

А'■ 5

...9

m f

12.

13

14

15

16

17

1819

20

21

.22

23

. Некоторые типы , строений

■ Некоторые горное' породы'' :Известняк, глина й др. наиболее светлые объекты ^.Хвойные, породы, лесных насажде-

нкй'в зимнии период Хвойные iriopiombi леаных иаЬажде-

ний в...летний период, суходольные луга и, травяные покровы с недоста­точно сочной растительностью

.'Лесные' Насаждения лиственных пЬред'в леПний период и вое травя­ные покровы с густой и сочной ра­стительностью

Лесные насаждения в период осен- иай расщраски и созревшие (пожел­тевшие.) полевые культуры ...........

Грунтовые дороги и др.То же

• По'чвы' супесчаные й черноземные, грунтовые дороги и др.

.Почвьг'" оподзоленные, •суглинистые й др., шоссейные' дйроги, некоторые типы строений и т. д.

То же

Шоссейные дороги, некоторые типы строений и т. д.

Почвы оподзоленные, суглинистые и др., шоссейные дороги, некоторые типы строений и т. д. .

То же

Шоссейные дороги, некоторые типы строений

То жеПочвы оподзоленные, суглинистые

и др., шоссейные дороги, некоторые ТИПЫ строений

Известняк, глина и некоторые дру­гие наиболее светлые объекты

Пески, некоторые горные породы и др.

То же

, Почвы, черноземные, и супесчаные, грунтовые дороги

То же

Снег, покрытый ледяной коркой Свежевыпавший снег Водная повёрхность , ' ; !.

Пески, различные- обнажения.’’пу"- стыни, некоторые горные -Породы и др.

Известняк, глина и некоторые дру­гие наиболее светлые объекты

Хвойные породы лесных насажде­ний в зимний период

Хвойные породы лесных насажде­ний в зимний период, суходольные луга и вообще травяные покровы с недостаточно сочной раститель­ностью

Лесные насаждения лиственных парод в легший период и все травя­ные покровы с густой и сочной ра- растительностью

Лесные насаждения в период осен­ней раскраски и созревшие (пожел­тевшие) полевые культуры

Снег, пойрытый ледяной коркой

Свежевыпавший снег Водная' поверхность

Пески, различные обнажения пу­стыни, некоторые горные породы иДР- „Хвойные породы лесных насажде­ний в зимний период

Хвойные породы лесных насажде­ний в летний период, суходольные луга и вообще травяные покровы с недостаточно Сочной растительно­стью

Лесные насаждения лиственных пород в летний период и все травя­ные покровы с густой и сочной ра­стительностью

72

№пп. Объект Фон

24 Пески, некоторые горные породы Лесные насаждения в период осен­и др. ней раскраски и созревшие (пожел­

тевшие) полевые культуры25 То же Снег, покрытый ледяной коркой26 Свежевыпавший снег27 Пески, различные обнажения пу­ Водная поверхность

,,,,28.стыни, некоторые горные породы ..Извер'няк, глина и некоторые дру­ Хвойные породы лесных насажде­

гие-наиболее светлые объекты ний в зимний, период2'9 То же Хвойные породы лесных насажде­

ний в летний период, суходольные луга и вообще травяные покровы с недостаточно сочной растительно­стью

30 . / ... . . . . . . „ Лесные насаждения ^хиствённыхА. ■ пород в летний период и все травя­

ные покровы с густой и сочной ра­стительностью

31 Лесные насаждения в период осен­ней раскраски и созревшие (пожел­тевшие) полевые культуры

■ ■ 32 » Снег, покрытый ледяной коркой33 Свежевыпавший снег •

: 34 ■: .'.;j .4 п ' ' ■ ■ Водная поверхность ' ■. 35 : - - -Хвойные породы лесных насажде­

ний, в Зимний,. период^Снег, покрытый ледяной коркой

' 36 То же Свежевыпавший снег V- 37 - ' ■ Водная поверхность ■■ 38 ■ : ■•-Хвойные породы лесных насажде­ ■ Лесные насаждения, лиственных

■■■■ ' ний -в летний период,' суходольные пород в летний период и все .травя­луга и вробще травяные покровы ные покровы с густой и сочной ра;с‘ недостаточно сочной растительно-^ стительн остью

". . стью39 Хвойные породы лесных насажде­ Созревшие '(пожелтевшие) полевые

ний , в летний период;, суходольные культуры - - , .-.луг(а ■ и,, вообще травяные ! покровы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................с недостаточно сочной растительно­

:• 40-стью " "■'■ ■■'■■' ‘ ’ - ■ ‘ ■

....То‘: же' Водная поверхность -' • : i i ’ ,41 : -Лесные насаждения-лиственных по­ Созревшие- (пожелтевшие) поле;

- . - род .в ..летний период и вСе .травя­ ; вые .культуры . . .. , . . . ,ные покровы с густой и сочной ра­стительностью ' ■ .

-г. 4 2 : ' '■ ;■' . : То же . .. : ■ Водная поверхность. '43 Лесные насаждения в период осен-

.ней: раскраски и созревшие (пожел­Свежевыпавший снег ..............

“■ 44 "тевшие) полевые культуры

Водная поверхность’ ■ То же”.".:45: Снег, покрытый ледяной коркой Свежевыпавший снегс 46 ...,. ■.,,,- ., Т;0 .же - . Водная поверхность

‘ 47 " Свежевыпавший снег » » . ■ -

I в . и . ГОРЫШИН

УСТАНОВКА д л я ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕРЫ

Кратко рассмотрен принцип действия установки, дано описание отдель­ных узлов прибора и освещены основные характеристики и освбенности разработанной установки. Приведены некоторые результаты измерений метеорологической дальности видимости.

В Главной геофизической обсерватории в 4'949 г. была начата, работа по созданию аппаратуры для измерения и репистрации прозрачности атмо'Сфер’Ы. Ранее в СССР и за границей было создаио несколько при­боров подобного рода [4, 5, 6, 7, 8, 9, 40], однако, большая часть ш' йих ие вьвшла и!з стен лабораторий и не нашла своего применения,в аэропор­тах. В ,'1947 г. в США Дугласом была |ра13|раб.отана' устаноВ'Ка [11;], кото­рая позволяла О'существлять ивмеревие и регистрацию 'про1зрачносТ'И атмоюфер'Ы. 6 'основу 1быш положен пр'ямой 1мето|Д 1вз1мер'вния интенсивно­сти светового луча, прошедшего через слой атмосферы известной тол­щины. |В 'пошедуюЩ'Ие годы эти устагаовки (по'сле, соответствующего усовершенствовани'я) получ'или; .довольно широкое ра'спр'оотранение в аэропортах Америки и Еврапы. ! ' ■

Прибор, созданный в ГГО в 1949— 10150 гг. А. Р. Никулиным и П. В. Стороже'нко, 'С ■некоторыми изменениями воспроизеодил ус^анов,ку Дугласа. И'спыта,ния этого прибора выявили его оущественные недо­статки: 'СЛОЖНОСТЬ электрической схемы и ее ненадежность и неустойчи­вость в ра'боте, нелинейную характери'стику шкалы пр-озрачности и за­висимость характера шкалы от парам'етров деталей, входящих ;в элек­трическую схему и ,др. При наличии таких недостатков использовать по- доб'НЫЙ прибор' в оперативной работе на 'Сети авиаметстанций было не­возможно. ■

В начале 19'52 г. автор начал работу 'По 'Соз,даиию установки для регистрации прозрачно'сти атмосферы, которая при отно'сительиой про­стоте и достаточной .надежно'сти в работе М'О'ГЛа |бьг быть использована на сети авиаметеО'Стаяций и не требовала бы высококвалифицированного обслуживания.

:В результате был разра'ботан и изготовлен сравнительно несложный ■ прибор, успешно выщер'жавший сдаточные иопытаиия. В 1965— 1956 гг. после внесения н-екоторых ко'нструктивньгх изменений установка была освоена Ленинградским заводом 'Гидро'метпрйборов и начато ее серий­ное изготовление. В настоящее время значительное количество аэропор­тов страны оборудовано данными установками.

Опыт эксплуатации этих 'П риборов в аэропортах выявил некоторые конструктивные недостатки, устранимые при последующем произв'од- стве, и показал; что в целом устан'овка облада'ет удовлетворительными эксплуатационными качествами.

74

Принцип действия

■Свет, ио'сылаемый прожектором, установленным ла из1Вест«ом р а с ­стоянии' от приемной части прибора, проходя через данный стой атпмо- ■сферы и ослабляясь три этом в зависиМ'Ости от прозрачности воздуха, попадает на фотоэлемент. Фототок, возникаю щ ий в цепи фотоэлемента, усиливается с помощью ■опециалшого электронного усилителя и изм е­ряется на его выходе гальванометром. Одно’В1р'вменно величина . этого тока (регистрируется на ленте. И спользуя соотнощение

Ф = Фo^■“^ (1)пде Ф— величина' светового потока, ослабленио'ло атмосферой,. Фо — ве­личина светового потока до вступления его в ослабляю щ ую среду, т. е. это тот 1Светов-ой пОток^ который воспринимался б'Ы приемным устрой­ством при отсутствии ослабления его .слоем воздуха, I — расстояние м е­ж ду «сточ:ни1К!ом света н (приемн’гоком, можам определить коэффициент ослабления а, а 'следовательно, и коэффициент прозрачности или, учитывая предыдущее,

ФФп (2)

Е'сли фотоэлектрический уоилитель о^беспечивает линейную зависи- MoioTb между юветовым потоиом, тадающим на катод фотоэлемента, 'И током на выходе усилителя, то формулу (i2) можно представить в сле­дующем виде:

(3)■'о

■гд'е I и /о — Т01НИ на выходе усилител-я, ооответотвующие световым пото­кам Ф и Фо.

Зная а и т, легко 1перейт1й к метеорологической дальности видимо­сти

............ , In-i- Г4-)р In е __ е

где 8 — пор'от контрастной чувствительности глаза.'По формулам (3) и ('4) можно рассчитать шкалу прибора непосред-

ств'енно в единицах (километр'ах) метеорологической дальности видимо­сти для лю|бо:го выбранного значения I.

■Использование ночью шкалы видимости одиночного огня известной- силы света, как это сделано в приборе Дугласа [12], не может отразить реальных условий видимости оигнальных огней и ошей ограж.дения яа поле аэродрома. Поэтому в сумеречное и ночное время по показаниям лрибогра можно судить только о прозрач'Ности атмо^оферы.

Точность измерения метеорологической дальности видимости зависит как от точности измерения величины светового потока, так и от самой метеорологической дальности видимости. Чем меньше дальность види­мости, тем, точнее: ее можно измерить.

Используя выражения (2) и (4) и приняв е=2% , може)М получить относительную ошибку, измерения

^ = 0 , 2 б А « . ■ (5,

. 'Если 1Принять /= 2 ‘50‘м ) и - ^ .=0,03, что соответствует реальным усло-

75

ВИЯМ работы прибора, то относительные ошибки измерения метеороло­гической дальности- видимости будут равны:

км . . .. . . . 0,5 1,0 2,0 ,3,0 4,0 5,0

. в /о ................................ 1.5 3,,0 6,0 9,0 12,0 15,0

При дальности видимО'Сти меньше 509 м осла'бление 'овета очень ве­лико и относительна'я ош'ибка возрастает.. . Ишользоваяие метода прямото измерения величины сзетовото по- тЬка, ослабленного атмосферой, хотя и позволяет создать достаточно точную и относительно несложную по устройству установку, но вместе с тем налагает очень жесткие условия высокой стабильности парамет­ров во времени, характеризующих работу прибора'. Для реализации за­данной ТОЧН10СТИ измерений необходимо обеспечить постоянство свето­вого потока, создаваемого прожектором, нейзменность коэффициента

S20e50su

Рис. 1. Блок-схема установки. ,/ — Прожектор, 2 — понижающий трансформатор, 5 — стабилизатор напряжения, — приём­

ное устройство, 5 — самопишущий гальванометр, 6 — дополнительный' гальванометр. .

уснления усилителя, высокую механическую устойчивость отдельных элементов оптичеокой системы. Выполнение'этих требований явило'сь ре­шающим |фактором при конструктивной разработке отдельных узлов установки. ' • :

Описание установки

Установка для измерения и ^регистрации прозрачности^ атмосферы состоит из трех основных узлов: источника овета, приемного устройства й измеритёльно-регистрирующего устройства. Блок-схема установки представлена на рис. 1. ' ’-

Источник света, в качестве источника света используется прожектор с зеркалом отражателя диаметром' 45 см и фокуоным расстоянием F—~2Q см (рис. 2). Свет от лампы накалива1ния типа М0-1(1, расположен­ной iB фокусе зеркала, отражается в виде слабо, расходящегося пучка в напр‘авл0нии приемной части прибора, установленной на расстоянии 250 м ± '2 м от прожектора. :

Для обеспечения макоимальной стабильности светового потока, 'со­здаваемого прожектором, необходимо свести, к минимуму постепенное уменьшение-светового потока за счёт распыления тела накала лампы и исключить флюктуации, 'светового потока за счет колебаний напряжения -питания.. Исходя из этого, была' выбрана лЗ'Мпа накаливания типа МО-М, обладающая -следующими параметрами: нр'И номинальном'напряжении

76

йа лам'пе l^ B и потребляемой нощиости 40 .вт среднее .йз1Мвненйе све­тового потока составляет примерно 30% при средней продолжительности горения ‘1000 часов. Да-к известно, продолжитель1ность горения резко возрастает лри уменьшении напряжения, подаваемого на лампу. Вели­чина светового потока при этом т%кже значительно уменьшается. Если, изменение светового потока при изменении напряжения на лампе про-

и„порционально в ореднем четвертой степени отношения — - , где Ин —номинальное напряжение лампы, Wj — фактическое , напряжение ' на лампе, то прюдолжительно'сть горения , п1рюпор|Ц1иональна тринадцатой _ степени 10ШНОШ6НИЯ этих напряжений.

Учитывая вышеаказанное, был вы­брав .режим. 20% надокала, который обе­спечил в среднем изменение аветов'ошпо­тока ''н а 30% за время гор'йния, р'авнбе 9000 часам. Таким образом, на лампу че­рез понижающий тр'аисформатор подает­ся напряжение, равное 9 ,5±0,2 в. Свето­вой поток.лампы при .этом равен 180 лм, а осевая сила овета прожектора 60 000 свечей. Эти В'йличины могут несколько изменяться для о'тделвных образцов ламп еакаливания и прожекторов. Еще боль­шее снижение этого напряж;еНия нежела­тельно. Необх'одимю учесть, что, кроме света лрожектора, часть дневиого р'ас- ееяиного атмосферой овета попадает на катод фотоэлемента и усиливается ушли- телем. Для того чтобы влияние этого све­та 1на показания приборов 'было, незначи­тельным, интенсивность овета от прюжек- тор'а должна быть во много раз .больше доли дневного рассеянного света, попа- давдщего на катой фотоэлемента. Это по­ложение явилось также определяющим фактором при выборе параметров оптиче- 1СМ0Й системы приемной части установки.. Большая .зависимость величины ше- тового . потока от напряжения . иалампе создает значителБНые трудности при исключении колебаний све­тового потока за счет 'случайных колебаний напряжения питания. Для обеспечения необходимой 'стабильности питающего напряжения 'Исполь­зуется фврр|Орезонансный стабилизатор .напр'яжения, раосчиганный для подключения к 'сети ;220 ib- 50 гц. На выходе феррорезонансвого 'стаби­лизатора включается понижающий трансформатор, шижающ'и'й напр'Я- жение до 9,5 в при потребляемой мощности,- не превышающей 50 вт. Колебания н-апряжеиия на выходе стабилизатор'а не превышают ±1%' при изменении напряжения сети в .пр-еделах -ЫО, — 15%. Недостаточная -стабильность напряж'ени'Я на лампе прожектора может привести к по- яв.ле'Нйю «случайных, трудноионтр'ояируемых ошибок, запись на ленте ■при этом 'оказывается сильно- «размытой».

В 'Овязи 'С тем 'Что прожектор находится на значительном расстоянии от .приемной. чз’сти, небольшие смещения прожектора приводят к зна­чительным смещен'иям луча, в месте уста.новки приемной чз'сти. Для осла'блшия недостатка нео'бходимо, чтобы прожектор создавал доста­

Рис. 2. Источник света.

.77

точно однй'родный 1оветовой луч -с (углом .расхождения в яесколько,гра­дусов.

.Экоперя'менталыная -иривая распределения силы, света в луче про­жектора данной установки (рис. 3) показывает большую .неоднородеость луча. Однако получить однородный дуч значительного .диаметра нракти- чесви невозможно. Поэтому .возникает .необходимость оеобо жесткого крепления прожектора установки.

Прие;мное устройство. Приемное устройство, смонтированное в об- ш;ем алюм.иниевом корпусе, .состоит из .двух частей — оптической и элек-' трической. Схема о-птической части представлена на рис. 4. Свет от цро-. же.ктора попадает на объектИ|В (1) типа И-55 с фокусным расстоянием

300 MIM и светосилой 4,5. Для того чтобы .иметь ВО'З- можность устанавливать необходимую величину световото noTOiKa' в усло­виях высокой лрозрачво- СТ1И ат1М.01сф дры и произво-. дить периодичеокую кор- ректир'овку . показ а1нийприбора, 01бъектив имеет .пфеменную ирисовую диафрапму (2), на yctraiHo- вочном кольце KOTOipOH нанесены ооошыетствую- щие делания. Далее свет Проходит опраничитель- ную ди;афраг1му (5) й фо­кусируется в плоскости подвижной . диафрагмы(4) , укрепленной иа 'вер­тикальной стенке (5), за­

да беедг, щиш;а1ющей фотоэлемент от света р'аосеетнного вну­три прибора. На (расстоя­нии 100 мм от стенки ; (5) установлен фотоэлемент {6). Это расстояние дол­жно .быть таким; чтобы

свет, попадая на катО|Д фотоэлемента, равном'врно оавещал значитель­ную часть площади катода.

(Подвижная диафрагма {4) пр|0дставляет собой то,вкую металличе­скую пластинку 'С тремя отверстиями диам.ет1ром 0,6, 0,8 и 1 мм по дуге окружности. Эта пла'стинка прикреплена к стенке (5) с помощью сто­порных винтов таким образом, что имеется возможность перемещать ее как в вертикальном, так и в пориз.онтальном направлении в пределах не­скольких миллиметров. Это облегчает юстировку оптической .системы прибо1ра после установки его на месте.

iB зависимости от ,ра1сст0янй'я между прожектором и приемной частью прибора устанавливается соответствующее отвер'стие- подвижной диа­фрагмы. При расстоянии 260 м используется отверстие диаметром 0,8 мм.

Так .как диафрагма {4) ycTaHOByjeHa на- фокусном рас'стоянии, то в плоскости этой диафрапмы объектив стро.ит четкое изображение не только светящегося прожектора, но .и всех объектов, находящ.ихся в поле зрения .объектива, в том числ1е и части неба у гормзо.нта. Для того чтобы ограничить дополнительную засветку фотоэлемента дневным све­

Рис. 3. Кривые силы света прожектора в горизон­тальной (1) и вертикальной (2) плоскостях.

78

том, изо'бр'ажён'и-е светящегося отражателя прожектора •вырезается с по­мощью небольшого отверстия на лепестке ПОДВ.ИЖЯОЙ диафрагмы. Раз­меры изойражения светящего-ся отражателя прожектора легко «олучить из иросты'х геометричеогаих соютн'ошвний. HainipnMieip, ири раостояиии ме- в д у .прожектором й приемной частью 250 м, фоиуоно'м раоотоянии 0,3 м и диаметре отражателя 0,45 м размер изображения светящегося отра­жателя равен 0,54 мм. Е'сли размер отверстия на подвижной диафрагме будет равен размеру изображения отражателя, то небольшие смещения корпуса приемной части при дефор-мащиях оонования, на котором он укреплен, приводят к омещению изображения относительно отверстия диафрагмы, экранированию лучей, а ^следовательно, к искажению пока­заний прибора.-Для-того чтобы исключить это, отверстие подвижной диафрагмы сделано несколько большего размера, чем изображение от­ражателя. Увеличению размера отвёрстия диафрагмы лрепятствует то

обстоятельство, что при больших отверстиях начинает сказываться влия­ние дневного овета, 'попадающего на катод фотоэлемента.

Для обеспечения фо-кусировки изображения в:плоскости подвижной диафрагмы 'Стенка (5), на .которой укреплена эта диафрагма, может пе­ремещаться вдоль, оптической оси в пределах ilO—1Й мм.

П р и выборе параметров объектива необходимо было руководство­ваться рядом, соображений. При использовании прямого метода изме­рения выгодно"иметь возможно более интенсивный источгник овета, обла­дающий в то же время высоким постоянством величины светового потока. Коэффициент усиления электронного усилителя выбран в за.вИ|СИ- мости от чувствительности регистрирующего устройства на выходе уси­лителя, макоимальной величины светового потока, падающего на катод фотоэлемента и необходимо'Сти иметь высокостабильный усилитель.

Дневной рассеянный свет попадает на катод фотоэлемента с опре­деленного-телесного угла, определяемого соотношением диаметра вход­ного отверстия объектива, фо'Кусного ра'сстояния и диаметра отверстия подвижной диафрагмы: С этой точки зрения употребление длиннофо­кусной оптики более целесообразно. Ограничением в этом отношении могут быть заданные геометрические размеры приемной части и также то яоложение, что при использовании более длиннофокусной оптики ме­ханическая устойчивость крепления должна быть еще более высокой.

Таким образом, при определенной величине светового потока, созда­ваемого прожектором, и выбранной величине фокусного расстояния объектива диаметр входного отверстия объектива имеет смысл увеличи­вать только до того момента, когда начнет сказываться на показания прибора влияние дневного света. Учитывая все вышесказанное, в уста-

79

ковке был использоваи йтайдартный просветленный объектив iH--55, имеющий входное отверстие'диаметром 67 мм /фокусное расстояние 300 м*м. . : ,

Второй частью (Приемного устройства является специальный элек­тронный усилитель фототока и стабили13,ированный выпрямитель для питания усилител'Я. Схема электрической части иредставлена на рис. б. Фотоэлемент типа СЦ|В-4 включен в качестве; переменного сошротивле- ния в цепи сетки в схеме мультивибратора на двойном триоде 6H7G (Л 1). iB зависимости от величины светового потока, падающего «а катод фотоэлемента, генератор выра'батывает импульсы, частота которых оро- пор'циональна величине,,фототока. Путем выбора соответствующих „эле-' MJHTOB генератора обеспечивается линейная зависимость между коли-

./,гт

Рис. 5. Электрическая схема приемного устройства.

чеством генерируемых импульсов в единицу времени и величиной свето­вого потока, падающего на катод фотоэлемента.

Фотоэлемент работает при низком анодном напряжении порядка 45 в и при сйетовых потоках, не превышающих примерно 10~^лм. Этим обе,- спечивается высокое постоянство чувствительности фотоэлемента и его работа в линейной части световой характеристики [il].

Как показали исследования {2], чувствительность сурьмяно-цезиевого вакуумного фотоэлемента для красной части спектра с повышением тем­пературы несколько ра'стет, а для синей части спектра падает. Инте­гральная же чувствительность в интервале температур о т —20 до +60° изменяется очень незначительно. Это положение также обеспечивает до­статочное по'стоянство чувствительности фотоэлемента во времени. Хотя спектральная кривая сурьмяно-цезиевого ва.куумното фотоэлемента, имеющего высокую чувствительность к коротковолновой части спектра^ и не совпадает с кривой спектральной чувствительности глаза, о;дяако, при измерении значительных помутнений (метеорологическая дально1Сть видимости не выше 5 км) и при использовании ® качестве источника света низкотемпературных ламп накаливания эти различия не приводят к появлению дополнительных ошибок. : ■ . : ,

Это положение подтверждается кривьгми, приведенными на рис. 6, где кривая-У представляет спектральную чув'ствительность фотоэлемента

80 •

СЦВ-4, кривая 5 — спект1ральйую характеристику ламлы накаливания при цветовой температуре 2475° абс. (напряжение на лампе 9 в), а кри­вая 2 чувствительность ОЦВ-4 к световому потоку от лампы МО-Ш при' цветовой температуре 2475° абс. Для сравнения пунктиром нанесена кривая спектральной чувствительности глаза. Интегральная чувстви­тельность СЦВ-4 по лампе MO-iM при цветовой температуре 2475° абс. равна 67 мка/л1м, а при температуре 2535° абс. (напряжение 9,5 в) 71 мка/лм.

(В связи с тем, что мультивибратор, в схеме жотороло включен фото­элемент с большим внутренним сопротивлением порядка 10® ом, обла­дает резкой асимметрией, длительность импульсов, снимаемая с анода правого триада Ль очень мала. Для о'беопечения дальнейшего усиления- положмтельные импульсы с «мульти- ви|бр.атор:а поступают на сетку реак­тивного т1ригера на лампе Лг (6Н7С).При отсутствии импульшв с муль­тивибратора левый триод Лг заперт отрицательным напряжением по'ряд- ка 9 IB , снимаемым с сопротивле­ния в цепи катода 6Н7С-. Положи­тельные импульсы малой длительно­сти возбуждают Tipinrep, генерирую­щий при этом импульсы фиксиро- ваивой длительности, чаотота кото­рых соответ1ствует частоте импуль­сов мультивибратора.

Непоаредственное измерение на выходе тригера частоты Импульсов не обеспечивает линейную (завиаи- мость между В1еличиной светового'По­тока, падающего на «атод ф'отозлемента, и величиной среднего тока, измеряемо™ гальванометром. Это нарушение линейной зависимости вы- зыва'ется тем, что при изменении частоты форма импульсов не О'стается строго неизменн10Й. Поэтому для сохра1н0ни'я линейной зависимости в схему усилителя введен двухсторонний амплитудный олраничитель (лампа Лз), срезающий отрицательные выбросы импульсов, а также по­ложительные 'С амплитудой более 55 в. Далее, после диффер'енцир01ван1ия импульсы попадают на счетчик импульсов по величине среднего тока, собранный на двойном диоде 6Х6С (Л4) , в цели одного из анодов' кото­рого последовательно включены самопишущий и стрелочный гальвано­метры, имеющие шкалы метеорологической дальности видимости. Схема выходного каскада допускает возможность дистанционной передачи по­казаний на расстояние до нескольких километров при использовании двухпроводной линии.

Хотя в разработанном усилителе и производятся сложные преобра­зования сигналов, однако, схема его проста ло устройству и наладке и безотказна в работе. Использование в установке, рассчитанной н а ’непре­рывную круглоауточную работу, усилителя постоянного тока не обеспе­чит необходимой стабильно'сти коэффициента усиления и постоянства нулевой точки и потребует введения систематического контроля коэффи'- циента усиления и положения к<нуля».

Для питания электронного усилителя используется стабилизираван- ный выпрямитель напряжения. С целью обеспечения необходимой сте­пени стабилизации применен феррорезонансный силовой трансформатор, переделанный из стандартного трансформатора типа ТС-80. При колеба- , ииях напряжения сети в предела'х ±15% колебания напр'Яжения на вто-

0А5 0.5 0,55 0,6Длина войны а мк.

Рйл 6. Спектральные характеристики фотоэлемента и лампы накаливания.

Труды гго,-‘ ВЫП. 100 81

рячдых обмотках траиоформатора не превышают 2%. Дополнительная, стабилизация ан'одного напряжения о помощью газовых стабилизаторов хит С|Г-3-С обеопевдвает ирактически полную неза:виси1Мость результа­тов, измераний мроЛ}!31рачности от колебании н:а1пряж'енм1я в питающей сети. При колебаниях напряжения сети в вышеуказанных пределах ко­лебания стрелки тальва^нометра не превышают ±0,5% .

Ла1боратор|Ные испытания влияния изменения тока эмиссии ламп с течением (Времени на по(казания гальванометра на выходе усилителя показали, что' уменшение то(ка эмиссии основных усилительных ламп Л ги Лг на 40% вызывает увеличение показаний гальва'но(метра на 2%. Е'сли учесть, что (режим работы электронных, лам1п в усилителе выбран облегченным, то такое из1мен0ние (может (Произойти за очень длительный промежуток времеии.

С целью проверки устойчивости работы электро(н®ой части произво-дила(сь регистрация вели­чины тока на (выходе уаи- л(ителя при зам^ене фото­элемента равноценным оо- проти(в(лен(и(0м. Не!Преры(Б- ная(ра(бота в пр'одолжение месяца 1не дала заметных от!кл(0(нений в вел(ич(ине это(го тока, за(пи(сь на лен­те получалась (в виде тон­кой пржмой линии. Анало­гичная лаборатор(ная про- в€(р(ка устойчивости (произ- (водилась (И для всей уста- (но'вки в целом. По истече- (Н(ии месяца .непрерывной работы уотанов'ки изме­нение показаний гальва- но1метран1епр(е1вышало 3— 3,5%.

По(оледующая э(наплуатация уста(нов1ни в пр-ощолж'вние (ряда лет в по­левых усло(вия(х подтвердила п(равильность лабораторных (изм'ерений й показала, что основным источником, погрешностей может яв(иться недо­статочная устойчив|Ость фундаментов приемной части и источника, света.

(Приемное устройство см'онтирова'но в (металлическом корпусе 'С двумя съемными боковыми кры(шкам(и для удо'бства доступа к электронной и оптической частям прибора. На рис. 7 можно видеть конструкцию кор­пуса приемно'го устройства, а та(кже устройствр оптической и электри­ческой ча'стей. Внутри п(р1И(бор разделен на Два 'Отсека: верхний для оптической части, нижний для электрической. На передней стенке кор­пуса устано(влен объектив (и 40-миллим1еТ1р1О(вая три1ппель(п(ризм(а, не свя­занная (С о(бщей 01птичеакой схемой, обладающая 'свойстоом отра(жать па(да(ющие на (нее л:уч(И строто о(бр(атно к источнику света. Эта приз(ма служ1И'т для о1блегчвн(И1Я (наводки луча (прожекто(ра на о(бъектив (пр(иемной части. (Она 'МоЖ|бт 'быть та(кже (И(спользова(на и для сигнализа'ции при юстиравюе всей установки в 'цело(м. На задней стенке установлены вы­ключатель сети, (предолра(нитель, клам(мы для включения (измар(итель- но(,го (И регистрирующего ирибор^а и штепсельный разъем для подключе- иия 1К сети (переменного то(ка. Для крепления корпуса прие(мной части при М(0(нтаже в осно(вая(ин (имеется четцре отверстия с резьбой.

И зм е р и т е л ь н о -р е г и с т р и р у ю щ е е у с т р о й с т в о . Самопишущий прибор представляет собой пиро*метричеакгий милливольтметр, типа МСЩ Пр. 054.

Рис. 7. Конструкция приемного устройства.

82:

Для увеличения парно,да 1г.ашьва.но1мет1рл-м1ишл1и1в>ольт1мет|р‘а 'рамка его перемотана и чувствитешъ'ность без шунта доведена трймер-но до 0,3 мка/деление. Большая инерционность галываномегра по'СЛе его шунтирования позволяет гари записи исключить случайные отклонения стрел'ии от средней величины за' счет флуктуаций аветового потока ори быстрых колебаниях 'питающего 'напряжения. Ток П0ЛН01Г0 отклонения гальванометр'а 'С шунтом равен '1Э5±5 мка. Схема электронното усили­теля ра'ссчитана тЗ'Ким образом, что заход в обла'Сть токов, превышаю- щик '160 мка, нарушает лнн'ейнасть 'уаишятеля.

Запись О'Оуществляется на перфо'рирова'нную бумажную ленту шири­ной 120 мм. Меха'низм записи построен таким образом, что каждые 20 сек. 'на движ'ущейся Л'бнте фиксируются в виде точки по'Каза1Н'ИЯ стрелки.

Лентопротяжный и пишущий механизм 'са-мопиоца приводится в дей­ствие 'Синхронным двигателем, питаемым от 'сети переменного тока'50 гц с напр'яжен'ием 220 в. Меха'низм позволяет протягивать ленту с о'дной из тр'ех желаемых ок'ор'остей 20, 40 'И 60 мм/сек. Длина 'Стандартного -ру- лона бумаж'ной ленты при окорости 'протягивания 20 мм/ча'С обеспечи­вает непрерыв'ную регистрацию М'етеоро-ло'гической дальности видиМ'О'Сти в течение месяца.,

■В 'СВЯЗИ 'С тем что при эксплуатации установки на авиаметео'стан- Ц'иях данные о 'состоянии прозрачности атмосферы нуж'ны 'не только М'етео'службе, ио 'И руководителю полетов, диспетчеру и т. д. в схеме усилителя предусмотрено последовательное включение одного или не­скольких дублирующих указывающ'Их приборов. Эти приборы предста- вл'яют собой микроамперметры типа М-24, смо'НтироваН'Ные в металли­ческом к'орпусе-по'ставке. Чув'ствйтельность м'икроам'перметров с помо­щью шунта стр'ого согла-суется 'С чув'ствительностью самописца. Ра'С- хождение в их показаниях не должно превышать 0,5%.

Как са'мопишущий прибор, так и микроамперметр имеют каж дый двойную шкалу: равномерную, разделенную на 100 делений, и ш калу метеорологической дальН'О'Сти видимости в километрах, ра'осчитан'ную для выбранного ра-сстояния меж ду прожектором и приемным устрой­ством. Завод, вЫ'пуокающий установку, сна1бжа'ет приборы Ш'Калам'И, рассчитанными для расстояния 250 м. С права на ш кале нанесена к р а с ­ная полоска, в пределах 'Которой долж на устанавливаться стрелка при вьюойой 'Прозрачности атмосферы. Пр'И ра'Счете ш калы порог 'ко-нтраст- Н'ОЙ ч'увствительно'сти глаза 'бьгл принят равным 2%. Опыт эксплуатации п оказал , что да'нная ш кала дает несколько завышенные данные метео­рологической дальности видимости.

Для обработки лент са-мописца придается 'специальная линейка, с по­мощью которой можно быстро определить по кривой записи значение метеорологической дально'сти видимости.

Э к сп л у а т а ц и я у ст а н о в к и и н ек о т о р ы е р езу л ь т а т ы и зм ер ен и й

Для обеспечения необходимой меха'наческой устойчивости прож ектор и приемная часть 'монтируются на специальных цементных -фундаментах, за'Кладываемых на глубину до 2 м. Это поз'воляет исключить взаимные 'Смещения блоков -установки при -резких колеба'нияк-тем.пературы в зи'М- нее -время и в пер'Иод промер'зания и оттаивания -грунта. Для защиты от -о'садков аппаратура М'онтируется в небольших деревянных -сарайчи­ках. Измерительный и реги'стр'ирующий прибор устанавливается в слу- ж-ебно'м по-мещ'ении и связы-вается с приеМ'Ной чз'стью дв-ухпроводной Ливией.

Для приведения 'Смонтированной 'установки в действие производится

6 * 83

фокусировка прожектора и тщательная юстировка оптической системы. Периодически при высокой проз(рачности атмосферы производится иро- верка оравильности раб'оты прибора и корректировка его показаний.

. Для прове!рки работоспособности установки и надежности измерений метеорологической дально(Сти видимо'Сти были проведены длительные испытания нескольких установок в различных местах. В качестве кон­трольных данных использовались результаты- визуальных на|блюдевий при достаточном количестве объектов. Хотя данный метод не может о'бъёктивно оценить точность измерения прибор'ом метеорологической дальности 'ВИДИМОСТИ,, однако, при отсутствии параллельных эталонных измерений это 'единственный метод, пользуясь которым, можно оиреде-

Рис. 8. Результаты сравнительных наблюдений метеороло­гической дальности видимости в км с помощью установки для измерения и регистрации прозрачности атмосферы (верти­кальная ось), прибора ФМ-45 (горизонтальная ось) и

визуально (отмечено крестиками).

лить достоверность измерений метеорологической дальности видимости.По ^результатам испытаний, проведенных в ГГО на метеостанции

Воейкош, в .диа1па130не дальности видимости от 300 м до 2 км число наблюдений но прибору при расхождении с результатом . визуальных наблюдений, не превышающих 10%, составляет 80—82 % от общего числа случаев в целом ;за париод иапытаний. В диапазоне от 2 до 10 км наблюдения с расхождением, :не йревышающим 15%, (составляют 74—75%. :: i ; ; . |

Эти :расхождения, полученные при оравнении показаний прибора с визуальной оценкой видимости, не могли возникнуть только за 'Счет прибора, учитывая неоовершенство методики таких сравнений и неточ­ность иизуального определения видимости. Испытания подтвердили', что точность измерения уменьшается .с увеличением значений метеорологи­

84 .

ческой дальности видимости. Это находится в соответствии с теорети­ческими положениями. Отсутствие систематического расхождения в 'по­казаниях прибора с результатами 'Визуальных 'наблюдений ло'казало, что различия гв спектральшй чув'ствительно'сти прибора и глаза в дан­ном случае не сказываются на (результатах измерений. Это различие М'ожет появиться только при измерении более высошх прозрачностей.

Д л я проверни достоверности из'мерений были лр|Оведены та'кже син­хронные наблю дения по двум параллельно ра'ботающим установкам. В интервале видимо'СТи до 1000 м ib 96% ®сех 'Случаев наблюдений р аз­ность в 'ПО'Казаниях двух приборов не превы ш ала О-г-10-%. Сопоставле­ние записей самописцев показало их идентичность и быструю реа'Кцию на изменен'ия прозрачнО'Сти атмооф!еры.

Достоверно'сть .измерений подтв€рж!дают также кривые, представлен­ные на рис. 8, где даны результаты измерений метеоролопической даль- Н'О'Сти ВИДИМО'СТИ с помощью вышеопИ'санн'О'й уста'Новки и прибора OiM-45, разработанното в ГОИ О. И. Поповым [3].

Донолнительные ла-бораторны'е исследова'ния определили, что при температуре воздуха от —40° .до 35° и пр'И 'отно'оительной/влажности до 95% устан'01в.ка сохраняет вышеуказанную точность измерения метеоро­логической дальности видимости.

В 'Про'цеосе испытаний выявились также 'Некото,рые конструктивные недостатки, 'снижающие эксплуатационные качества- установки.

У'СтаноВ'Ка, регастр-ирующая прозр'ач'ность атмосферы, представляет -большой практический интерес в оперативных целях при об'Служиван,ии авиации ('Определение видим'ост.и'на летн'ОМ поле), а такж е м ож ет быть успешно использована в 'исследовательских целя1х (излучение в.идимости в осадках, туманах, 'ПЫЛьных -бурях и т. д . ) .

ЛИТЕРАТУРА

1. Л у к ь я н о 'В С. Ю. Фотоэлементы. Г-0с-зн0р1гаиздат. 1948.2. Ха . з а н о в В. С., Юр о в С. Г. |Вли'Я1Ние температуры иа .слектралмую чув-ствитеяь-

иасть сурьмя1йо-цез1И'ев!аг.о фотоэлемента. ЖТФ, т. XXII, вып. 5. 1952.3. П о п о в О. -И. Фотоэлектрическая устаеовиа для изм-ершия mp03ipai4H0ctH воз­

духа. Свет.отекиик-а, № 1. 1957. ■ ' .4. B e r g m a n п. Ein objektiver Sichtmesser Phys. Zeitschr. 35. 1934.5. В у r a m G. M. A Photoelectric Method of Measuring the Transparency of the

Lower Atmosphere. J. 0. S. A. v. 25., Dec. 1935.6. F o i t z i k L. Uber ein Qerat und eine Methode zur Messung der Tages und Nacht-

sicht. Z. fiir Met. 1. 1946/1947.7. S c h o n wa Id B. und M u l l e r T. Das Sichtregistriergerat Junginger. Z. fiir. tech-

nische Pjiys. 23. 1942.8. V an L e a r G. A. Cloud attenuation studies. Report. N 6201, Washington. 19,45.9. B r a d b u r y N. E., F r y e r E. M. A photoefectric study of atmospheric condensa­

tion nuclei and haze. Bull. Amer. Meteorol. Soc. 21. 1940.10. В i b b i J. R. Report of field trials of the photoelectric visibility meter. Met. Res.

Comm. N 236. London. 1945.11. D o u g l a s C. A. Visibility Measurements by Transmissiometer. Electronics, v. 20.

1947.12. Final Approach visibility studies. Final Report. Weather Bureau. U. S. Departament,

of Comerce. Wash. April. 1955.

в. л. ГАЕВСКИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛИННОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Дано описание методики, примененной для измерения в дневное и ночное время длинноволнового излучения земли и атмосферы. ПривеДеиы резуль­таты наземных и самолетных наблюдений и сравнение их с данными, по­лученными расчетным методом.

'Нетосредстсвенные измерения противоизлучения атмосферы и излу­чения земли представляют сложную задачу как из-за трудности устра­нения влияния ветра и изменения температуры воздуха i!a .показания прибора, так и из-за сложности выделения спектра длинноволновой радиащии гари дневных измерениях. В последнее «ремя опубликован'^ ряд работ [il, 2, 4, 5, 6, 7] с описанием методиш измерения излучения noiBeiP'XHOCTH земли атмосферы в ночное и дневное время. Однако пред­ложенные методы или сложны {5, 6], или не полностью устраняют влия­ние укаваиных факторов fl, 2, 4, 7]. (По типу inipw6opa Стерна и Шварц­мана |[15] мы предлагаем 'более-простую .методику измерения длинновол­нового излучения атмооферы.

В качестве приемника радиа'ЦИИ принят линейный термостолбик чув­ствительностью 28 'М'В на .кал/см%'вн., площадью 3X 3 см я инерцией 7 сек. Термостолбик состоит из 40 сна'ев медь-константан шириной 0,7 Мм и толщиной 0,0il м'м. Холодные спая соединены с отводящими медными штифтами, которые изол1ированно укреплены на ма'ооивном основании из красной 'меди. (Приемная поверхность тер'М01Столбика за­чернена 'сажей, paicTBopieHHoft на я'нтарном лаке. Поглощательная 'Сио- со'бность. сажи однообразна в инфраврасном участке спектра. Термо­столбик, монтируется в толстостенном латунном корпусе, внутренняя и внешняя по'верхность которого отникелирована. Температура приемной П0варх1н01сти тер1мостолби1ка определялась с точностью до 0,1°, термо­метром сопротивления, расположенным на расстоянии 1 мм от нижней поверхности приемника. Перед приемником радиации установлен фильтр из талий'-бром-иода (K'RS-б), изготовленный в виде полусферы, радиусом 30 мм, который одновременно является защитой приемника от действия ветра. В дневное врем'я для исключения коротковолновой радиации дополнительно применяется фильтр из стекла'. Схема’ прйбора й иривые пропускания фильтров представлены на рис. 1. Пропускание фильтра из KRS-5 измерено нами до 14 мк, свыше 14 мк пропускание фильтра представлено по литературным источникам. Фильтр из KRS-5 в участке спектра от 0,5 до 35 мк пропускает 70% поступающей на него радйации и около 30% отражает. П'О некоторым данным, поглощение фильтра в это'М 'уча'стке спектра 'составляет около 2%. Необходимо от­метить, что указанные значения пропускания и отражения фильтра от­носятся к фильтру с тщательно отполированными поверхностями.

86

Фильтр из стекла полностью поглощает радиацию начиная 'С 2,8 мк и только от 100 мк о« 'Снова стаяо'вится ярозраиным.^ Фактическое иесо- впадение 'Опектр'а излучения солнца со опектрами излучения земной по'- верхиости и атмосферы’ дает возможмость с помощью этих фильтров выделить длиин01в0лн0вую радиацию земли и атмосферы. Неучет длин­новолновой радиации до 2,8 мк практически не сказывается на резуль­татах, так как излучаемая энёргия :в этом уча'стке спектра при суще­ствующих темпе:рат_у|рах земли и атмооферы пренебрежимо мала. Влия­ние длинноволнового излучения солнца устраняется теневым эираном, который применяется при днешы?х измерениях.

Зависимость чувствительности прибо'ра от угла падения радиации исследовалась в лабораторных условиях. Иоследо1вания показали, что эта зависимость наиб'олее заметна при малых углах падения. Так, цри 20° поправка составляла 10%, а при б° она равнялась 30%-

Сравнение температуры воздуха, температуры прибора и фильтра, затененных от (Прямой солнечной радиации, показали, что разность этих температур не до'стигает 0,5°.

Градуировка прибора производилась в камере, представляющей со­бой сосуд, дно которого выполнено в виде полусферы радиусом 25 см. Полусфера изготовлена из красн'ой меди и зачернена сажей. Сосуд за- полн'яется водой и температура его во время градуировки поддержи- ваетюя постояиной с точностью до 0,1°. Реперными температурньими точ­ками являлись температура тающего льда (0°) и температура твердой углекислоты (— 78°). Термостолбик выдерживается при определенной температуре в дюаре я на время градуировки устанавливается перед камерой. Равновеоие температурной разницы между приемником, каме­рой и э. д. с. прйемеика является моментом измерения потока радиации, которая выражается нами как функция температуры.

При градуировке прибора были .приняты 'Следующие допущения: из­лучение поверхности полусферы принято однообразным, потеря тепла во'едствие конвекции и проводимости не учитывалась, .излучением и .по­глощением во.здуха, находящегося в градуировочной ка'мере, пренебре­гали, так как оценка максимаитьного влияния .его на измерения для на­шего объема камеры .составляла около 0,5%.

При градуировке по черному телу нами определялась поправка на радиацию, поступающую .на приемник от отдельных частей .прибора, ко- тор'З'я IB пр'ед'елах температур от —5 до .30° меняется от 0,005 до 0,015. Градуировка прибора .с фильтром и без фильтра позволила .оценить часть ошибок, вносимых фильтром.

Результаты мнотократных градуировок прибора при разных темпе­ратурах камеры и приемной поверхности прибора представлены на рис. 1.

На :граф.ике .по оси абсцисс отложены показания .прибора в делениях шкалы гальваН'Ометра (тальванометр типа М-6’2), а по от ординат — разн'ость температуры, полусферы и' приемника — Т'^)10~з. Для дневных наблюден.ий, когда существенное значение при измерениях имеет энергия, содержащаяся в спектре от 0,5 до 1 мк, график был экстр'аполирован за экапериментальные значения.

Как видим .из графика, отклонение точек от прямой незначительно и среднее арифметическое отклонение составляет 0,6%. Для измерений в ночное время используется прибор .с фильтром из KRS-5 .и наблклде- ■ния .заключаются в отсчете показаний термостолбика и его температуры. Поток радиации, поступаю^щий .на приемник, будет равен

1 = К ( Е р - { - В Я ф - В ) ,

где К — постоянная прибора, Е —^^излучение неба или поверхности, р —

87.

коэффициент прозрачности фильтра, 7?ф — коэффициент отраж ения фильтра, В — цзлучеиие приемника радиации.

Так как — 1 = р , то

= О)В дневное время д ля исклю-чення коротковолновой радиации приме­

няется фильтр из стекла. Длинноволновый лоток радиации определяется

Рис. 1. Схема термостолбика, характеристика фильтров прибора и его гра-' ,дуировка.

а — схема термостолбика: 1 — крышка прибора, 2 — фильтр из стекла, S — фильтр из KRS-5, ^ — корпус, 5 — термоэлементы, ff — термометр сопротивления, б — пропускание

. фильтров из .KRS-5 и стекла (о/о)- i — фильтр из стекла, 2 — фильтр из KRS-5. в — гра­дуировка термостолбика.

. из разности последовательные отсчетов с фильтром из KRS-5 и 'С филь­тром из стекла, поставленного перед фильтром из KRS-5,

/ = Q _ 5 ,где Q — поток радиации, поступающей на приемник в участке спектра0,5—60 мк, 5 — поток радиации, поступающий на приемник в участке спектра 0,5—2,8. вдк,

: C l = K i^ E ^ B ) (2)

S = [ /Р с ] - В Ц - R ^ - RcP^) + D P cP ,

где t — излучение стекла, D — приходящая коротковолиовая радиация® спектре 0,5—2,8 мк, — коэффициент лрозрачностя стекла, Rc-—коэффициент отражения стекла.

Так как фильтр из стекла не пропускает длинноволновую радиацию, а фильтры и приемник радиации находятся при одной и той же темпе- ратур'е (до)пущение 'Сйр'аведливо, так как прибор открывается на' время измерений, которые , производятся при затенении его от действия прямой радиации), то приведенное выше выражение может быть упрощено с очень небольшой ошибкой

S = KPcpD. (3)

Из выражений (2) и (3) получим

I = K p [ i E + B ) - P , D ] . (4)Количество энергии, трошедшей ч^рез фишьтр из стекла, составляет

90% ио отнош1ению ik кривой распределения энергии в спектр!е излучения абсолютно черного тела:. Дл1инно1вол1но1вое излучение веадли и атм'ойферы, таким образом, М'ожет быть получено по показаниям прибора, темпера­туре поверхности приемника и значениям тр^адуировии. После осредне­ния отсчетов гальванометра и внесения в полученные средние поправок на неравномерность шкалы гальванометра ло градуировочному графину определяется температурна1Я разность (7’с — 7’п)10~®. Зная темпера­туру приемника, и температурную разность по таблице излучения абсо­лютно черного тела, можно определить поток длинноволновой радиации. Для дневных наблюдений, по данным измерений с фильтром из стекла, производится исключение коротковолновой радиации. В полученные дан­ные вносятся поправки на зависимость показаний прибора от угла паде­ния радиации и на дополнительную р'адиацию, поступающую на приемник от р'азличных частей прибора. Ошибки в измерениях длииноволно- вой радиации предложенным спо-собом обусловлены потрешностями гра­дуировки и погрешностью в измерении. К ошибкам градуировки отно­сятся ошибки, возникающие из-за неточно1Сти определения темпе|ратуры (Полусферы 1и пов!ерхности шриемника, ошибки, вызываемые пренебре­жением излучения и поглощения воздуха, находящегося в градуировоч­ной камере, и пренебрежением излучения (для дневных измерений) от0,5 .до 2,8 мк, 'Ошибка из-за неточности определения излучательной опо- co6H'0iCTH камеры и приемника. Погрешность в измерениях вызвана из­менением расстояния (Между приемником и поверхностью при наблюдё- ниях..и градуир'овке.

Проведенная оценка влияния этих ошибок на результаты измерений показывает, что погрешность в определении радиации составляет ме­нее 5%.

iB (1957—(1958 гг. нами выполнен ряд 'Наблю,де»ий над противоизлуче­нием атмосферы и излучением земли в ночное и Д(Не(Вное время. Назем­ные. наблюдения производились по прибору, установленному на высоте 1,5 м над пове'рхностью земли. Сравнение полученных данных по термо­столбику и пир!геометру Онгстр'ама в ночное время и при отсутствии ветра (Дает хорошее согла-сование. В табл. 'Г приведены результаты на­блюдений над (Противоизлучением атмо'Сферы по пир.геометру и термо­столбику. i

Данные противоизлучения атмо'оферы, полученные по термостолбику, были сра(Внены с !ра'СЧ(етными данными, полученным(и по графику Шех- тер [3]. Результаты сравнений для данных, полученных в различные ме­сяцы, пред'ставлены в табл. 2 .

'Как видим из табл. 2, данные наблюдений удовлетворительно оогла- суются 'С расчетными данныМ(И,

■Суточный ход П'р'отив’ои'злучения атм'О'Сф еры в зимние и летние ме­сяцы для 'без О'блачны'х суток. представлены на рис. 2. Для зимнего м^е-' сяца пр'отивошлучени'е атмосферы в течение суто'к практически 'Не .ме­няется. iB летние месяцы .радиация атмосферы имеет заметный суточный ход ■с максимумом около .1'5 час. .и минимумом в утренние часы. Макси­мум .и минимум .противоизлучения атмо'оферы -можно объяснить изме­нением 'излучения в шр^иземном слое воздуха, который имеет суточный ход температуры. Р'Овный хо,д противоизлучения в дневное В'ремя вы­зван малыми колебаниями содержания водя.ного пара и сравнительно небольшим'и изменениями температуры приземн'ого слоя воздуха в те­чение дня.

Излучение поверхно'сти земли в течение суток повторяет хО'Д тем-

г\ и///о/У7 niuh.

Рис. 2. Суточный ход излучения земной поверхности и противоизлучения атмо­сферы.

1 — противоизлучение атмосферы i VII 1957 г., 2 — противоизлучение атмосферы 12 XII, 3—из- лучение поверхности земли 1 VII, 4 — температура поверхности земли 1 VII.

пературы пов'ерхности. Для примера .на р.»с. 2 приведен типичный ход излучения повер’Хности земли для июля.

В ;1957 г. были произведены из.мерения потоков длинноволновой ра­диации 'В атмосфере с .самолета. Термостолбик для измерения радиация, поступающей снизу, -имел тлоокие фильтры из K'RS-S и стекла. Фильтр

Т а б л и ц а 1П ротивоизлучение атмосферы по данным пиргеом етра О нгстрема

и терм остолбика (кал/см2 мин.) 1—2/V II 1957 г.

Час Пиргеометр Онгстрема Термостолбик

22 0,434 0,43823 0,431 0,43024 0,430 0,42801 0,428 0,42502 0,422 0,42203 0,416 0,41904 0,407 0,410

90

из стекла устанавливался перед термостолбиком'с помощью рьшажиой системы. Термостолбик для .измерения лриходящей ■ сверху радиации имел полусферические фильтры. Было вьгполиено 14 полетов до высоты7 нм'. На высотн'х 0,5, 1,0, 2,0, 4,0 и 6—7 «м производились измерения потоков длинноволновой радиации. Время выдержки прибора на каж­дом уровне было принято ilO ми«. Результаты- измерений 3 полетов пред­ставлены «а рис. 3. Получейные данные сравнены с расчетными значе­ниями противоизлучения атмосферы’ и излучения земли. На уровнях до1 RM расчетные и измеренные данные удовлетвор’.ителыно согласуются

Рис. 3. Наблюденные и расчетные данные длинноволновых потоков в ат­мосфере.

Противоизлучение атмосферы: I — наблюденные, 2 — расчетные; излучение земли:3 — наблюденные, 4 — расчетные; а — отклонение (наблюденные — расчетные данные)

на разных высотах (о/о).

между собой. Выше 1—2 км наблк>деняы1е данные в среднем «а 15% выше, чем лолученяые с помощью графика Шехтер.

Т а б л и ц а 2С равнение резул ьтатов определения противоизлучения атмосферы ,

полученны х по термостолбику и по графику Ш ехтер (кал/см2 мин.) 1957 г.

Дата Часы Термостолбик График Шехтер

9 VI 04 00 0,382 0,39511 VI 16 00 0,488 0,4761 VII 04 00 0.410 0,4161 VII 16 00 0,461 0,4805 VIII 16 00 ' 0,451 0,434

12 XII 16 00 0,273 0,288

91

На рис. 3 дано отклонение й процентах между .наблюденными и вы- -чи'сленны'ми данными для высот 0,6—6 км.

Это расхождение между наблюденными и .раотетнымя данными, ве­роятно, можно объяснить неточностью учета распределения водяного пара на больших вьюотах и давления в расчетном методе. -График дает достаточно цравильньге результаты для радиационных потоков и имею­щиеся расхождения ic измерениями на больших высотах могут быть учтены введением поправ'ок.

ЛИТЕРАТУРА

1. А л 0к сапн яр ов Б. П. и К у р т е н е р А. В. Новый метод измерения эффектив­ного лучеишуикания земнрй noBiqpixiHoiQTH. Метеорология и тдртаопия, М» 3.1941,

2. ХВ1ОЛ01С С. Б. Опыт работы с даевиым пиргеометрюм АФИ. ВАСХНИЛ. Апрофиз.ин-т. Сборник трудов по агрономической физике, вып. 5. 1952.

3. Ш е х т е р Ф. Н. Расчет иучйстыж шшоиов длиниавоявойой радиации из ограшчен-иого ггелванаго угла и шолупростраисшва. Труды ГГО, вьш. 39 (Ю!). 1963.

4. Е л о в с к я х М. П., К о и д р а 1т ь 0в JK- Я. РаИЕиамегр дая измерения интенсивноститеплав'ого излучения атмосферы и сравн0ние 0го с пиргеометро'м. Метеороло- Ш.Я « широлйпия, № 7, 1057.

5. S t e r n S. С. and S c h w a r t z m a n F. An infrared detector, for measurements of 1 the back radiation from the sky. Journal.of Meteorol., v. 11, N 2, 1954.

6. H o u g h t o n J. T. and B r e w e r A. W. A new radiometr. Journal of Scient Jnstr.,V. 31, N 5. 1954.

7. К a 1 e R. S. Studies in Infra-red Radiation of the Atmosphere. Part 1. An Instrumentfor the Measurement of the Infra-red Radiation durmg Day and Night. Journal of Scient. and Industrial Research, v. 10, N 7. 1951.

А. М. БРОУНШ ТЕЙН

ЧЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ С БОЛЬШИМ ОТВЕРСТИЕМ

На основании рассмотрения существующих методов расчета черной полости и анализа различных факторов, влияющих на черноту полости, предложен метод построения излучателя с большим отверстием и высокой степенью черноты. Рассмотрен вопрос о рациональном обогреве полости.Дано краткое описание конструкции излучателя, предназначенного для исследований прохождения черной радиации в атмосфере.

1. Введение

В ряде случаев возникает необходимость в черном излучателе, имею­щем большое рабочее отверстие при высокой излучательной способности е* 1И сравнительно небольших габаритах. Такие излучател1и, в частности, оказались необходимыми при проведении исследований по распростра­нению черной радиации в атмосфере.

Указанные требования к излучателю, как известно, противоречат друг ир'угу, так как лри увеличении отве|рстия'в излучателе, представляю­щем собой некоторую полость, и при сохранении небольших его разме­ров излучательная способность уменьшается. Наша же задача заклю­чается в создании такого излучателя, излучательная способность которого отличалась бы от абсолютно черного тела лишь на две-три десятых процента (т. е. г > 0,997) при диаметре рабочего отверстия 100— 120 мм. При этом излучатель должен был иметь сравнительно не­большие габариты и вес (вместе с системой нагрева, термоизоляции и стабилизации температуры), имея в виду его использование в условиях экспедиционных работ. .

В статье кратко рассмотрена теория черной полости, изложены пред­лагаемые метод увеличения излучательцой апо'ообности полости без увеличения ее размеров и система рационального обогрева полости, а также описана конструкция опытного макета излучателя.

2. Обсуждение методов расчета излучательной способности черной полости. Выбор формы полости

Пластинка с полным (в полусферу) коэффициентом отражения р об­ладает, очевидно, излучательной способностью

S = l - p . (1)Если эта же пластинка является дном некоторой полости, имеющей

отверстие диаметром d и глубину (расстояние от отверстия до дна) I, то

' Под излучательной способностью е понимается отношение энергетической яркости рабочего отверстия излучателя к энергетической яркости абсолютно черного тела при равных температурах. Следовательно, наибольшее значение, которое может принимать е, равно единице (идеальный черный излучатель).

эа

коэффициент отражения полости рполос™ будет меньше коэффициента отражения дна р. Это связано с тем обстоятельством, что из отверстия полости выйдет лишь часть рассеянной дном радиации, попадающая в телваны'й угол Q (|рис. 1), оо|д которым видно отверстие 5 из дна Sq.

Соответственно и излучательная способность полости еполости оказы­вается значительно больше излучательной способности материала, из которого сделано ее дно. Из сказанного очевидно, что излучательная опосо1бно1сть ,полости зависит как от ее геометрии {d. I, форма станок),, так и от изл'учательной способности (или 'коэффициента по1глощания, численно равного s) материала дна и стенок.

Для количественного рассмотрения наиболее простым является слу­чай иОлости с плО'Ски'М ди|ффузно отражающим (по закону Лл1М‘берта)

дном, абсолютно черными стенками, форма которых поэтому 'без:различН1а, и отверстием, рааположеины.М'В'яа'дравлении но1р!мали ко дну. Расюмотрение этого случая (рис. 1) лешо при­водит к |еледующему выражению для йзлуча- тельной 1С'по'оо'бности:

(2)

Рис. 1. Излучательная по­лость произвольной фор­

мы к формуле (1).

(значок А_ указывает, что отверстие полости находится в :норм‘ально1м .направлении к пло­щадке).

Это выражение привод'итая в некоторых :мо- но1прафиях 1ПО термометрии [3, 5] и олужит о^шав'най формулой для оценки качества чер­

ных тел. Два доиущения (абсолютно черные стенки .и полная диффуз- ноЮгь, отражения от дна) делают эту удобную формулу лишь первым приближением решения вадач'и об излучательной способности полости.

Отказ от допущения абсолютной черноты стенок приводит к необ­ходимости рассмотрения многократных отражений внутри полости.

Простому анализу поддается случай сферической полости, стенки которой отражают диффузно. Несложное рассмотрение этого случая приводит к.следующему выражению для излучательной способности от­верстия в «диффузной сфере» (интегрирование по сфере для учета рас­сеянной стенками радиации проводится здесь без учета наличия отвер­стия):

1 - р 4 / 2 (3)

Здесь I является диаметром сферы. Это выражение в несколько ином виде приЁодится в [2]. Выражение (3) дает меньшие значения для е полости при заданных р, d и I, чем выражение '(2), однако эти значения следует считать более правильными для реальных полостей, поскольку в (3) производится приближенный учет дополнительной радиации, от­раженной от стенок полости.

Из сравнен1И!я выражений (,2) и (3) видно, что лри уменьшении р и —

значения е, получшные ло обеим , формулам, сближаются и, следова­тельно, уменьшается поправка на многократные отражения. Иными сло­вами, относительные ошибки при вычислении е„олости по формулам (2) и (3.) становятся малыми для черных тел с излучательной способностью, близкой к единице. Для количественной проверки этого, в общем есте­ственного,- вывода проведем сравнение значений е, рассчитанных по (2)

94

и (3), с данными вычислений, лроваденных на оонове более точных теорий.

Имеется лишь небольшое число исследований, посвященных более подробному анализу излучательной способности черных полостей. Наи­более корректной и полной из них является, по-видимому, работа Д е Воса [6], в которой получено общее выражение для излучательной способности произвольной полости. В отличие от других авторов [7, 8, 9, 10], работы которых основывались на предпо.ложении полной диффуз- ности отражения от стенок, Д е Вое исследовал зависимость бполос™ от характера внутренних отражений. Им построена теория для первого и второго приближений и проведена оценка поправок на третье приближе­ние,, причем указано, что для хорошо сконструированных черных тел эти поправки пренебрежимо малы. Затем путем численного интегриро­вания проведены вычисления излучательной способности некоторых, часто, употребляемых форм полостей, в част1н0!ст1и, рассмотреть! сфери­ческая и цилиндрическая полости. Клинообразное черное тело рассмот­рено только качественно и признано плохим.

В табл. 1 и 2 приведены данные Д е Воса для сферических и цилин­дрических полостей. Все расчеты выполнены для коэффициента отраже­ния внутренних стенок =0,60. Римские цифры I и II обозначают 1-е и 2-е приближения. В первой паре граф даны е для полостей с диффузно отражающими стенками, в следующих трех парах — для полостей с воз­растающей зеркальностью стенок, причем последняя пара соответст­вует стен'кам со значительной степенью зеркальности (индикатрисы от­ражения даны в [6]).

Т а б л и ц а 1

Типы отражения стенок

1d

диффузное различная степень зеркальности в возрастающем слева направо порядке

I II I II I 1 II I II

5 0,994 0,992 0,992 0,990 0,978 0,972 0.945 0.930

10 0,998 0,998 0,998 0,998 0,993 0,992 0.983 0,982

Т а б л и ц а 2

Типы отражения стенок

dдиффузное

II

различная степень зеркальности в возрастающем слева направо порядке

II II II

357.5

1015

0.9830,9940,9970,9980,999

0,9700,9900,9950,9970.999

0.9770.9920,9960.9980,999

0,9570,9860,9940,9970,999

0.9480,9780,9890,9930,996

0,9000,9620,9830,9900,995

0,9130,9450,9730,9830,992

0.8330,9000,9610,9780,990

В табл. 3 и 4 приведены значения отношения , определяющие

конструкцию цилиндрической полости, для различных значений излуча­тельной способности полости бполости И излучательной способности

95

O’sK5\o

aj *=? . >» ■a,• о

о<u2Sa:ШC?uSsr309

»5Ssй>5ГceS ,Cp ,X3sD"SnCOceaRe?

>йSstps<a>oa

■ $о о ' lit) 00 оо cvt) (>^,-нюсос0О0з.С0 1>-с0СЧ

о со со см сч <м

оЮC 0 O C 4 C D ^ ^ 0 3 O rtH ^ . (N Th о сч 03 Ю со Ю CN о

О т-ч"ср'10*^’'со"со''(хГсЧ сч сч сч

Й 1> 1> 00 о тК О Th t>. 00 03 lO Ю стз со CD Ю о ю Th

о СЧ*СЧ сч С см ^ t-H

g■ 03 со со о со Th со 00 СЧ 03 o o l —<сои:>сосчооютьсч

о t^'Th Со"сч" СЧ* (М сч"’-^

ю 00 .- с ч Th сч со Th Th оо 1>-со сч1-нЮ 1 > СО '-'О О зЮ СО СЧ ’—^

о СОСОСЧСЧС^СЧ’—

оСП 0 0 3 Th 0 ^t^ t^o o 0 3 C 4 0 ООО СЧОО СОЮСЧ^’ ^О^ 1о 10 сч" сч I-* ^ Т-* 1-Ч 1-^ г-н ^

сг>ThTfC4C7300COOCOCO^ ^ со Ю Ю СЧ О 1 J

о тЬ С Ч С Ч ^ ’- ' ’- ' ’—

а.>1иоа(0 сч05

t^GO ОЗОООЗСЧ100' T h io o c o iO T h T h ’—'0 ^1 1o ' Th сч'сч--Г 1- Г ^ ^ Т-.

2303сч 00 00 03 сч 00 , .

-^Tf<OOlOThCOCOO^Iр" ThC4"v-i'T-< г-н ,-4 ,-н

о00ThC0c0t>-O3CNlOОС сч 1-^ Th со сч сч о 1 j j

o ' СОСЧ^-Н'-^'^’- ' г -н ^

Ь503Th Th 00 со ю оо Th ю о ю с о с ч ^ — l i l !

о" со сч ^ I— I-* ^

03 Thoo ю со1 1 1 I I 1 1

о" сч ^ 1-н ^

03. Th 03 о

1 1 11 i ! Мo '

§1 1 1 1 1 I I i I Iо “

1 1 » 1 » 1 I 1 1 J

SS• о к

0 3 l> -tO C O C 4 i-H O iO O iO O O3030303O 03 0300 C0t^l>. ОЗОЗОЗСТЗО^ОЗОЗОЗОЗОЗСТЗо^ о ^ о ^ о ^ о о о*"о о*"о о

=f-.s\o

>>SQ.О•e-

sSsяa>srcea:M

3X3*s:4 CO c3a

§

“ho;яяО)Sояно3 я яЕГS4 0> оэ

оThо ’' ОЗГ-Ч001>СОСОСОЮТЬСО со со"

C4t^COt^COOOOCOCOOO Щ СО^ОСТзЮСЧООЮг—соо 1о to 031- - ю ю ю Th со*'со*'сч~

ю C40ooThC4ThoocoThC4t-- сч о Tf сч о СОСО о 00 со 1o ' 03 Ю Tj со со со сч сч сч" г-Г

■ g OlococoooThOThcoooTh 03 to Ю 03 t>. со Ю о t-'liO Th 1о ” 'Ф со сч сч сч сч сч >—

юоэ Th оо со оо —( о 00 О) со со 03 Tt со ( М Tfc СО сч 1о" со со сч сч’' СЧ* СЧ~ сч ^ 1-Г 1-Г

coThcooocoiococoooio сч о со С73 со t--со со ' о 1 jо ю со сч 1-Г Т-Г ,-Г ^

03 со со сч оо Ю Ю t>-00 ^03 00 сч 00 со to сч 1—< I [ Iо" Tt сч сч 1-Г 1-Г Т-Г ,-4 г-

аняЙш

счО) ЮООООСОЮЮЬ'ОтЬсо со о !>• со Ю Th сч о 1 1 1o ’" tJ^C4C4i—^ i-^r-41- i-^

s ThOTj^Th^Tht^c^iсо to 03 со to Th со ^ 1 1 ! 1о ^ сч Т-Н ^ ^ 1-н т~<

Th03 OOCMOOi-H COCOCO03 со to Th со CN О I I Iо со" сч"" —г ,-H r- ,-H

ю03 сч сч сч О lOсо 1- со со со сч ^ м м .о со сч ^ I-* 1-< 1-<

03 00 О Th 1—'[ i ! 1 1 1 I 1о ’' <М ^ ^

0003 1 1 1 1 11 ! 1 1о сч Т-Н

g со^я 1 i 1 М М 1 1 1 1

o '

Sниое;Оз1>-1ОС0СЧт—O tO O tO O O озозозс7зсузазозоо^ь*^соОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗОЗ

/ о сш O O O O O O O O O O , о о

96

(коэффициента поглощения) внутренней поверхности полости бвнутр, вы­численные по формулам (2) и (3) соответственно.

Рассмотрение табл. 1—4 приводит к следующим практически важ­ным заключениям.

1. Сравнение табл. 2, 3 и 4 для цилиндрических полостей показывает, что формула (2) дает преувеличенные величины излучательной способ­ности относительно 2-го приближения Д е Вюса для' диффузного отраже­ния, в то время как по формуле (3) получаются несколько преумень-

Ш'енные значения. Так, .нагарим€1р', д л я - ^ = 3 и р=0,60 (следовательно,евнутр=0,40) по формуле (2) еполости—0,982, по Д е Босу 0,970, а по

формуле (3) 0,960; для = Ю по формуле (2) 8полости»0,998,по Д е Босу 0,997, по формуле (3) 0,996. Как видно из таблиц, рас­хождение между цифрами при увеличении еполости уменьшается, и для хорошо поглощающих и диффузно отражающих стенок можно с уве­ренностью (с небольшим коэффициентом запаса) пользоваться форму­лой (3) и табл. 4 вместо того, чтобы продолжать громоздкие расчеты

Д е Воса в интересующую нас область значений - ^ и евнутр.2. Рассмотрение табл. 2 для случаев не полностью диффузного отра­

жения показывает, что для глубоких цилиндров влияние зеркальности внутренней поверхности резко убывает. Мы не имеем расчетов Д е Боса для больших значений евнутр, однако вполне очевидно, что для доста­точно черной внутренней поверхности относительные поправки на зер­кальность также становятся незначительными. Оценим приближенно эти поправки на следующем примере. Возьмем из табл. 2 данные для наи­

меньшего отношения- ^ = 3 . Для диффузного отражения еполости=0,970;для случая значительной зеркальности стенок еполости О,вЗЗ, т. е. по­правка составляет— 14%,; для случаев умеренной и небольшой зеркаль­ности соответствующие цифры 0,900 и —7,2%, 0,957 и — 1,3%. Если же вместо р=0,60, для которого вычислена табл. 2, взять р=0,10 (т. е. евнутр. = 0,90) и считать, что при этом отражение полостью уменьшается также в 6 раз’, то получим для диффузного случая бполости=0,995; для случая значительной зеркальности стенок еполости=0,972, т. е. поправка на зеркальность уменьшилась до —2,3%; для случаев умеренной и не­большой зеркальности получим соответствующие цифры 0,984 и — 1,0%, 0,933 и —0,3%. Фактически, как следует из примечания*, поправки на зеркальность будут еще меньше. Из этого примера следует, что для чер­ных матовых покрытий стенок поправка на зеркальность составляет всего-несколько десятых долей процента, однако при проектировании прецизионных черных тел ее необходимо оценивать или принимать допол­нительные меры по увеличению диффузности дна и стенок полости.

3. Из сравнения табл. 1 и 2 видно, что сферическая полость не имеет , существенных преимуществ перед цилиндрической, имеющей то же от­

ношение -J. Б то же время сферическая полость значительно больше пообъему и менее удобна для конструктивного оформления в случае боль­ших излучателей. Б статье [9] указывается, что в некоторых случаях ци­линдрическая полость обладает даже несколько большей чернотой, чем

сферическая, при равном соотношении - j . Поэтому останавливаем вы-

* Согласно формуле (2), Рполости уменьшится в 6 раз, формула же (3) дает уменьшение Рполости ® данном случае в 14 раз.

7 Труды ГГО, вып. 100 97

бор ,нд , цилиндрической: форме полости, которая в дальнейшем и рас­сматривается.

Из излож^енного видно, что при конструировании черного излучателя с высокой излучательной способностью можно пользоваться простой формулой (3) и табл. 4, учитывая сделанную оговорку о зеркальности с относительной ошибкой порядка 0,1%.

3. Относйтельный вклад дна и стенок в излучение цилиндрической полости

Для наиболее рационального конструирования черного излучателя необходимо выяснить, какую долю в полном излучении, цилиндрической полости составляют излучения дна полости и ее стенок.

Нетрудно (п-оюять, что ib телеан'ом угле й ^рис. 2) тояно1е излучение пояо1Сти складывается из излу­чения дна, бесйрепятственшо (выходящего через от­верстие полости, и некоторой добавки, обусловлен- иой как излучением .станок, так я отраженной стен- ками радиацией дна, излучаемой вне телесного угла. Поэтому для направлений, заключенных в указанном телесном у г л е м о ж н о считать, что излучательная способность полости равна сумме излучательной способности дна и некоторой вел.и- чины, обусловленной излучением стенок. Таким образом, для оценки относительного вклада дна цилиндра и его стенок, в излучательную способ­ность полости можно использовать также табл. 4.

В таблице з1начеиия излучателыной |с!по1собоостй -внутренней поверхности; » 0Л10'СТ1И, oiSosHa aHiHbje 8внутр,. очевидно, можно одновременно рассматри­вать как излучательную способность дна при отсут­

ствии стенок. Разность же между величинами еполости и евнутр, взятыми

для определенного значения дает долю излучательной споообностиполости, обусловленную излучением стенок для цилиндра данной формы 2.

.Так, например, для цилиндра (табл. 4), длина которого в 2,12 р.аза больше его диаметра, при евнутр = 0,95 дно излучает в отверстие 0,95 от излучения абсолютно черного тела, а стенки добавляют еполости ——евнутр = 0,047, обеспечивая излучательную способность полости еполости= = 0,997. Таким образом, в данном случае дно излучает около 95%:, а стенки около 5% от полного излучения полости.

Заметим, что в этом примере считаем излучательные способности дна и стенок одинаковыми. Однако если дно имеет высокую излучательную способность бдна, 3 С Т в Н К И ИМеЮТ меньшую величину естенок, то оценку излучательной способности полости по табл. 4 можно произвести с боль- ' ШОЙ точностью, считая една = естенок = бвнутр- Например, если при 8дна = = 0,95 и естенки=0,85 определить еполости в виде суммы значений еполости

Рис. 2. Основные компоненты пол­ного излучения ци­линдрической по­

лости.

. ' Для других направлений с увеличением их угла с осью цилиндра долЯ; излуче­ния, идущего от стенок, будет возрастать. ,

. Из. формул (1) и (3) легко получить, что доля излучательной способности по­лости, обусловленная стенками цилиндра, равна

Р 1 -Р /2

1 - р 4й2)

для 8внутр = 0,95 и для евнутр — 0,85, взятых с весами, соответствующйми вкладам дна и стенок, то получим бполости = 0 ,9 5 X 0 ,997+ 0 ,0 5 X 0 ,9 9 0 = = 0,9967 по сравнению с бполости = 0,997 для евнутр=0,95.

4. Метод увеличения излучательной способности цилиндрической полости без изменения ее размеров

Оценим возможную излучательную способность простой цилиндри­ческой полости, исходя из указанных в введении требований к излуча­телю и практически возможных чернений внутренней поверхности ци­линдра, . . , . ,

Для достижения небольших габаритов излучателя при большом вы­

ходном отверстии нужно иметь соответственно небольшое значение

ориентировочно порядка двух.

Из табл. 4 ВИДНО, что для получения епюлости=0,997 n p H - j = 2 нужно

иметь поглощательную способность стенок и особенно дна не менее 0,95. Поскольку речь идет о чернении значительной по размерам поверх­ности, мы могли иметь в своем распоряжении такие виды исследован­ных на излучательную способность чернений, как краски и ламповая (керосиновая) сажа. По данным [11], так называемая черная «радиа­торная» краска и ламповая сажа имеют е=0,84. Согласно [4], ламповая копоть при определенной оптимальной ее толщине может иметь 8=0,945, а' при других достаточно больших толщинах е снижается до значения 0,88 и, видимо,- несколько ниже. Поскольку мы не имели возмож­ности контролировать толщину покрытия, то приняли для ламповой сажи величину е=0,85. Исходя из этой цифры, для получения бполости =

= 0,997 нужно и м е т ь > 3,7, что не годится по нашим условиям. Рас­считывать на более «черные» в инфракрасной области спектра (от 4 до 40 мк) покрытия, пригодные для наших целей, мы также не могли.

Следовательно, для получения необходимых габаритов и излучатель­ной способности, помимо хорошего чернения, необходимо было приме­нить дополнительные приемы для увеличения черноты полости.

В процессе поглощения цилиндрической полостью падающей на нее радиации можно выделить две ступени; ослабление радиации при отра­жении от дна, обусловленное коэффициентом отражения р, и ограниче­ние выходящей из полости радиации стенки цилиндра, выраженное

в формулах (2) и (3) множителем .Для дополнительного увеличения черноты цилиндрической полости

без изменения ее размеров был применен прием, заключающийся в веде­нии третьей ступени ослабления. Дополнительное ослабление Достига­ется путем замены плоского дна на систему клиновых полостей. Поскольку, как показано выше, чернота полости определяется главным образом чернотой дна, то предложенный метод позволяет существенно приблизить излучательную способность цилиндрической полости к ее пределу, т. е. к единице при небольшом отношении.

Заметим, что самостоятельное применение клиновых черных тел, как указано в [6], нецелесообразно, однако, как будет показано, применение их для предварительного ослабления в цилиндрической полости оказы­вается эффективным.

Рассмотрим количественную сторону дела. На рис. 3 а показано

7* 99

окружностями ' распределение радиации, диффузно отраженной от дна цилиндра, для случаев перпендикулярной к оси цилиндра площадки

S I и наклонной под углом ф площадки . Рассмотрим направление вдоль оси цилиндра. Если падающая вдоль оси радиация создает на площадке S | освещенность, равную единице, то в обратном направле­нии от площадки отразится поток prj_QSj_, где р— полный коэффициент отражения (в полусферу), г_|_— длина радиуса-вектора сферической ин­дикатрисы диффузного отражения площадки 5j_. Величина rj_ показы­вает, какая доля всей отраженной в полусферу радиации попадает в единичный телесный угол вдоль нормали к площадке, т. е. в рассмат­риваемом направлении. На наклонной площадке освещенность будет

ipaiBiBa не ^единице, а оозф иб)

1Н П

1П0Т0К, опраженный от нее в нацравлвнии oion цилиндра, будет равен;

рг cos = pr_L95j_ cos 9 ,

так как

г = г I cos ср и Чр ■ COSf

Рис. 3. к расчету излучения цилиндрической по­лости с гофрированным дном.

И, следовательно, коэффи­циент отражения диффузно­го дна, на1кло1н0нио'го под уг­лом ф, становится равным

P = pcos9

вместо р для дна, перпендикулярного к оси цилиндра. Однако простой наклон дна или применение конического дна приводит к существенному увеличению габаритов полости и созданию неудобной для равномерного обогрева формы, что нецелесообразно. Применение же дна из пристав­ленных один к другому клиновых тел, или практически гофрированного дна с соблюдением острых внутренних и наружных углов гофр (рис. 3 б ) , дает, очевидно, такой же количественный результат без изменения га­баритов полости 2.

Учитывая замечание (§ 3) о возможности отожествления бдна = = бвнутр. при больщой черноте дна и имея в виду, что путем гофрирования дна еще больще повышаем его черноту, можно считать с большой точ­ностью излучательную способность цилиндра с гофрированным под углом ф дном равной®

в ,= 1 - T ^ T irC O scp . (4)

Необходимо заметить, что в предыдущем рассмотрении считали стенки клина диффузными. Другой крайний случай зеркальных стенок

' Напомним, что при диффузном отражении индикатриса отражения не зависит от направления падения радиации на площадку. Распределение отраженной радиаци1| может быть представлено в виде сферы, изображающей геометрическое место T04ei| концов векторов потоков радиации, отраженной в различных направлениях.

При замене наклонного дна на острые гофры появляется дополнительное отра­жение от соседней стенки гофры. Однако оценка соответствующей поправки показы­вает,- что ею можно пренебречь при достаточно черном покрытии (порядка 8=0*8^ 0,9).

Под углом гофрирования ф здесь понимается половина угла, образованного стенками гофр (рие. 3 6).

,100

рассмотрен в [12] и приводит к следующему выражению в наших обоз­начениях■ . . 180

Р л и н а ^ Р " ' ^ -

Из этого выражения видно, что для зеркальной составляющей отра­жения дна ослабление с возрастанием угла ф происходит еще быстрее, чем для диффузной составляющей, что подтверждает возможность ис­пользования формулы (4).

5. Нагревание излучательной полости

Обычно при изготовлении небольших излучателей равномерный на­грев поверхности полости обеспечивается'путем погружения ее в одно­родно нагретую жидкость. Однако при больших размерах полости та­кой прием приводит к очень громоздкой и трудно осуществляемой си­стеме обогрева. В данном случае систему обогревз нужно строить на основе анализа влияния неоднородностей температуры различных ча­стей полости на ее излучение.

Для решения этой задачи воспользуемся выводом, полученным в § 3,об относительном вкладе дна и стенок цилиндрической поЛости в ее излучение. Очевидно, поскольку наибольшую роль играет дно, то темпе­ратура дна должна быть наиболее однородна и строго фиксирована. Точность же поддержания температуры стенок играет значительно мень­шую роль, Таким образом, возникает целесообразность раздельного обогрева дна и стенок цилиндра с различными требованиями на точность и однородность температуры.

Обозначим веса излучений дна и стенки (т. е. доли их в полном излу­чении полости внутри телесного угла Q) через Рд„а и Рстенки соответст- твенно. Тогда нетрудно показать, что относительное изменение в излуча­тельной способности полости с равномерной температурой, которое про­изойдет, если температура стенки станет отличной от температуры дна, равно

^ полости стенки стенки стенки___ (5)‘^полости полости ^дна

Например, если Рстенки-0,05, 8стенки = 0,85, бполости = 0,997, 7’дна = 300°

абс. и Гстенки=310° абс., то =0,6% . Это значит, что если рас-полости

считывать величину излучения такой полости исходя из Тд„а, то эта ве­личина изменится лишь на 0,6% при отличии Гстенки от Гдна на 10° с .

Выражение (5) позволяет оценить возможные колебания темпера­туры стенок цилиндрической полости, соответствующие допустимой от­носительной ошибке в бполости-

6. Конструкция излучателя

В качестве основы излучателя взята цилиндрическая полость длиной 240 мм, сечением 200 мм, с выходным отверстием 120 мм' и гофрирован-' ным дном с углом ф='10° (угол раскрытия гофр 20°). Полость внутри выкрашена черной матовой краской и закопчена керосиновой сажей. Согласно формуле (4)' излучательная способность такой полости равна 0,9972. Учитывая, что формула (4) дает величины бполости с некоторым запасом, а также принимая во внимание наличие закраин на цилиндре (как показано на рис. 3 а) и дополнительное небольшое гофрирование

101

стенки-цилиндра, можно считать, что использованная полость удовлет­

воряет поставленным в начале статьи требованиям 0,997 и - ^ = 2.

Рис. 4. Схематический разрез излучателя./ — пульт управления, 2 — тепловая защита, 5 — мотор, —нихромовая спираль, 5 — водяной обогрев дна, 6 — гофрированное дно излучающей полости, 7— цилиндрическая стенка полости, 8—кольцевой нагреватель

стенки.

Стенки дна и полости выполнены из красной меди. Толщина стенок3 мм, дна 6 мм, клиновые полости нарезаны на фрезерном станке. На

®нут1рен1ней гаоверявости ци-- н mepf ucmopf./

н термистор!/ .

Терморе - Bbinpf Mu Тер/аоре -зулятор тель гулятор

АнодныеSamapeu

220-

Рис. 5. Блок-схема включения узлов излу­чателя.

IBO вращение раюпояожшньим снаружи моторчи1ко1м.

т

линдра нанесена глубокая резьба.

Стенки цилиндра обогре­ваются ивхр:амо1вы1м iHainpe- вателем, состоящим из Ю передвижных колец, ,в каж­дое из которых заложен один виток нихрома. Коль­цевая система позволяет ре­гулировать температуру |Сте- IBOK, добиваясь наименьшего продольного градиента.

Дно цилиндра обогре- «ается водяным нагревате­лем емкостью 2,5 л. Вода нашреваетоя нихромо1вой про­волокой, намотанной на стен- ®и водяной камеры. Переме- шив1ан)ие воды производится нр1опеллером, приводим ым

Мощность каждого нагревателя около 200 вт, напряжение 220 в. В цепь каждого из нагревателей включены контакты электромагнитных р'ел'ё-тЁпа МКУ-48, которые управляются двумя отдельными'электрон- ньши терморегуляторами, описанными в [1]. -

Датчик одного из терморегуляторов помещен в водяной нагреватель, другой датчик в специальной медной втулке вставляется в стенку ци­линдра. Оба терморегулятора отградуированы одновременно и имеют по 7 значений одинаковых установочных температур в пределах +20 - + 8 0 ° С.

Излучающая полость с нагревателями помещена в разборный ци­

линдрической формы полый кожух, наполненный мипорой толщиной от 10 до 16 см, причем каждая часть кожуха после заполнения мипюрой герметически запаивалась с целью предохранения термоизоляции от ат­мосферной влаги. .

С задней стороны кожуха укреплена коробка.с пультом управления. Питание излучателя рассчитано на 220 в переменного тока от передвиж­ного электрического генератора. От генератора напряжение подается на входной разъем и разводится на нагреватели (в том числе дополни­тельный для первоначального нагрева воды), а также на выпрямитель, который питает мотор, накал ламп терморегулятора, катушки возбуж дения реле МКУ-48 и часть сигнальных ламп пульта.

Схематический разрез излучателя дан на рис. 4. Рисунок 5 показы­вает блок-схему включения отдельных углов. Общий вид излучателя показан на рис. 6.

Ь В о й т и к о в а Т. Д., Г о р ы ш к и н В. И. Электронный регулятор температуры. Настоящий обариик.

2. Г о р д о в А. Н. О точности воспроизведения термодинамической шкалы темпера­тур в области выше 1063° С, Труды ВНИИМ, вып. 8(69) с. 5. 1950.

3. Р и б о Г . Оптическая пирометрия. ГТТИ. 1934.4. Справочник технической энциклопедии, т. 9, с. 144. 1932.5. H e n n i n g F. Temperaturmessungen. Leipzig. 1955.6. De V os J. C. Physica, XX, № 10 p. 669. 1954.7. G o u f f e A. Revue d’Optique, 24, p. 1. 1945.8. M a r c u s N. Instruments and Automation, 28, № 3. 1955.9. S a n d e r s C. L. et S t e v e n s B. A. Revue d’Optique, 33, № 4, p. 179. 1954.

10. B u c k l e y H. Phy/1. Mag. 17. p. 567. 1934.11. B a r n e s B. T, a n d oth. , JOSA. 37. № 10. p. 804. 1947.12. M e n d e n h a l l C. E. Astrophys. J. 33, №2. 1911. j

ЛИТЕРАТУРА

г. д. ВОЙТИКОВА, В. и. ГОРЫШ ИН

ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

Приведены схема и описание работы электронного терморегулятора низких температур (2(H-8(f).

Необходимость в разработке специального терморегулятора воз­никла в связи с работой по созданию низкотемпературного «абсолютно черного» излучателя, предназначенного для радиационных измерений в полевых условиях. *

Специфика задачи обусловила следующие основные требования к терморегулятору: 1) наличие нескольких установочных температур в диапазоне 20 —80° с точностью регулировки на этих температурах не хуже, чем + 0 ,2 0,3°; 2) возможность установки датчика терморегу­лятора в любой труднодоступной точке излучателя, в связи с чем раз­меры датчика должны быть минимальными. Кроме того, датчик должен быть пригоден для работы в воде; 3) возможность питания терморегу­лятора постоянным током от аккумулятора и сухих батарей.

Ознакомление с образцами терморегуляторов, выпускаемых отечест­венной промышленностью, и со схемами терморегуляторов, описанными в советской, а также и зарубежной литературе, не привело к выбору какого-либо разработанного образца, так как каждый из них удовлет­воряет лишь части из перечисленных требований.

Так, например, биметаллические терморегуляторы и пироэлектриче­ские болометры [1, 3], предназначенные для регулирования высоких тем­ператур паровых котлов, обладают недостаточной для нас точностью регулирования температуры (4:5°).

Ртутные терморегуляторы [8], в особенности марки ТКМП и ТКМУ с магнитной перестановкой контактов, по возможной точности регули­рования температуры могли бы удовлетворить нас, однако они не удо­влетворяют второму требованию (не пригодны для установки, в трудно­доступные части прибора).

Различные типы электронных регуляторов, выпускаемых нашей про­мышленностью (мосты и потенциометры марок ЭМ, ЭПД, ЭПП и др.), в которых приемниками являются термопары, также пришлось отвер­гнуть из-за их громоздкости (вес 10—30 кг) и из-за того, что они требуют питания промышленным переменным током [2, 5, 6, И].

Ознакомление с рядом других схем терморегуляторов [4, 7, 12, 14, 15] также не дало положительных результатов.

Поэтому нами был разработан описанный ниже электронный термо­регулятор, который удовлетворил поставленным выше требованиям. Схема терморегулятора представлена на рис. 1.

' См. статью А. М. Броунштейна «Черный излучатель с большим отверстием». На­стоящий сборник.

105

Краткое описание работы регулятора следующее: в схему равновес­ного моста переменного тока включен чувствительный датчик темпера­туры. Напряжение, снимаемое с диагонали моста, после усиления каска­дом на лампе 6Ж8 подается на двойной триод 6Н8С, в одно из плеч ко­торого включено реле. Реле выполняет роль исполнительного механизма, включающего и выключающего нагреватель.

Питание моста осуществляется от простейшего генератора на Д и С, собранного на лампе 6Н8С, что позволяет использовать стабильный усилитель переменного тока. Общее питание регулятора осуществляется от батарей, что делает возможной эксплуатацию прибора в полевых условиях.

Рассмотрим подробнее некоторые узлы схемы.В качестве датчика температуры было выбрано полупроводниковое

термосопротивление (термистор) типа ММТ-4.Термисторы этой марки могут работать во влажном воздухе и неко-

М нагреваптелю2т

- f f ™

Рис. 1. Схема терморегулятора.)

торое время также и в воде. Однако при длительной работе в воде они быстро выходят из строя. Поэтому мы изолировали термисторы от воды при помощи резиновой трубки. Основные свойства и преимущества тер­мисторов перед другими датчиками описаны в работах [9, 10]. Для нас представляют интерес малые габариты этого датчика и его высокая чув­ствительность к температуре (температурный коэффициент сопротивле­ния термистора составляет 3,4 -^4,4% на Г, т. е. он в 10 раз выше тем­пературного коэффициента меди).

Мощность рассеяния на термисторе не должна быть более 0,4 вт. Отсюда максимально допустимое напряжение на термисторе, соответ­ствующее наименьшему его рабочему сопротивлению при 80°, составляет 45 в (сопротивление термистора при 80°—5000 ом).

В нашей схеме на термистор подается напряжение около 3 в так, что при необходимости чувствительность регулятора температуры можно повысить за счет увеличения напряжения питания моста.

Инерционность термистора несколько велика (г =115 сек.), но при соответствующем согласовании инерционности регулятора со ско­ростью подогрева можно добиться требуемой точности регулировки тем­пературы.

В одно из плеч моста включен переключатель, меняющий скачками сопротивление плеча R\. Каждое значение соответствует одному из заданных значений установочных температур. По условиям работы не­обходимо было иметь 7 значений регулируемой температуры. При таком подборе сопротивлений, как показано на схеме (рис. 1), регулировка

106

температуры осуществляется в точках 19,8, 29,3, 38, 48,5, 59,2, 69,8, 75,4°. По желанию можно выбрать любое количество этих точек или же,сделать шкалу температур непрерывной, заменив переключатель пе­ременным сопротивлением. При этом подбор сопротивлений в регули­рующем плече моста удобно производить по графику зависимости со­противления термистора от температуры.

,В плечо моста R4 введена фазирующая емкость 180 пф, обеспечива­ющая точную балансировку моста и необходимая для компенсации фа- зоворо сдвига, появляющегося в противоположном плече моста из-за влияния емкости экрана кабеля, идущего к термистору.

В нашем случае при питании моста напряжением с частотой 50 гц и сопротивлениях плеч моста не более 33 .ком изменения сдвига фаз при переключении с одного диапазона на другой не существенны и на точ­ность регулирования температуры практически не влияют. Однако в слу­чае более высоких частот и при использовании больших сопротивленийв.плечах моста для каждой регулируемой температуры необходимо под­бирать соответствующую, фазирующую,;-емкость.

Схема генератора типа — С на лампе 6Н8С описана в литературе [7]. Параметры генератора подобраны так, чтобы он давал синусои­дальные колебания с частотой 50 гц, поэтому при наличии сети пере­менного тока терморегулятор .может быть построен без генератора с ис­пользованием для питания моста напряжения сети. Амплитуда колеба­ний генератора 2,8 в. От,генератора через повышающий разделительный трансформатор (коэффициент передачи напряжения 2,5) на мост пода­ется напряжение около 5 в.

Остановимся кратко на работе последнего узла схемы. Каскад, со­бранный на левой половине лампы J I 3, является усилительным каскадом, в анодную цепь правой половины включено реле.

Питание на правый анод лампы 6Н8С подается со вторичной обмотки трансформатора, питающего также и мост '.

В моменты времени, когда напряжение на правом аноде Лз положи­тельно, а напряжение на управляющей сетке совпадает с ним по фазе, ток через реле резко возрастает. При наличии на сетке напряжения в противофазе ток резко падает.

Таким' образом обеспечивается четкое включение нагревателя при понижении температуры среды ниже заданной точки и выключение его — при возрастании температуры.

Реле РП-5 было отрегулировано таким образом, что срабатывало при перепаде тока в анодной цепи 0,4—0,7. Таким образом, схема реаги­рует на перепад напряжения на сетке левого триода Лз Ам = мвкл.—■ Мвыкл = 0,15 в.

Зная коэффициент усиления схемы, можно теоретически рассчитать ожидаемую точность регулирования температуры. Обозначим сопроти­вления в плечах моста через Ri — сопротивление переменного плеча, /?2= i?4 = 33 ком — постоянные сопротивления, Rs— сопротивление тер­мистора. " :

Тогда в момент баланса моста напряжение в его измерительной диа­гонали будет равно [13]

I • «Б = “ + - « > (1)

i ' “сщ е и = 5 в — напряжение питания на диагонали моста, K g = -^ , а^ —

В 'разработке последнего каскада принимал участие В. С. Александров.

107

напряжение на сетке входного каскада триггера, k ^ 220—коэффициент усиления схемы.

В выражении (1) не учитываем реактивную составляющую сопроти­влений моста, так как схема питается напряжением низкой частоты (50 гц).

Исходя из приведенной формулы (1), можно рассчитать сопроти­вление термистора при любой температуре при включении реле'^?з и вы­ключении его— Rz\

R's =и + Щ

kR2 {Rx + R i)(2 )

Формулы (2) справедливы при R2 = Ri, что имеет место в, нашей схеме. Зная ARg = R a —/?зИ учитывая температурный коэффициент тер­мистора (примем его равным 3,5% на 1°), можно найти выражение, определяющее чувствительность терморегулятора

Л ( = 2 8 , 5 ^ . (3)

В нашем приборе значения At, рассчитанные по формуле (3) , соста­вляют 0,0 Г для 20° температуры термистора и б,03° — для 80° темпера­туры термистора.

Реальную точность регулировки можно было ожидать несколько худшей, так как она определяется не только теоретическими соображе ниями, приведенными выше, но и качествами всей системы излуча тель — нагреватель—-регулятор температуры. В нашем приборе регу­лирование температуры осуществляется с точностью до +0,2°.

С помощью описанного терморегулятора производилось регулирова­ние температуры воды объемом около 0,6 л. В этом объеме температура поддерживалась постоянной с точностью до +0,2°.

При этом исследовалась зависимость регулируемой температуры от колебаний анодного питания для двух точек: 37,3° и 75,4°. В области

Т а б л и ц а ! Т а б л и ц а . 2

Время на­Температура

ВремяТемпература

блюдения регулиро-, вочная воздуха

наблюдения регулиро­вочная воздуха

6 / IV 1957 13 час. 50 мин.— 17 час. 10 мин.

2 9 ,3 -2 9 ,5 7 (на от­крытом

воздухе)

1 1 /IV 1957 10 час. 10 мин.—

11 час. 30 мин.

7 5 ,3 —75.5 18

8 / IV 195710 час. 27 мин.—11 час. 20 мин.

2 9 .3 -2 9 ,5 14 (в п о- . мещении)

12/IV 1957 11 час. 55 мин.

14 час. 37 мин.—

7 5 .4 - 7 5 .5 15.8

1 6 /IV 1957 11 час. 00 мин.—

11 час. 27 мин.

2 9 ,3 - 2 9 ,4 12 (в по­мещении)

1 3 /IV 1957 10 час. 30 MHHi—

13 час. 25 мин.

75 ,4 75.6 13,5

108

1

напряжений 240—280 в, в которой производилась работа, регулируе­мая температура при изменении напряжения остается постоянной.

Производились также исследования регулятора при различных поло­жительных температурах воздуха. Резко выраженные зависимости ре­гулируемой температуры от температуры воздуха также замечены не были. Некоторые данные этих исследований для регулируемой темпера­туры 29,4° и 77,4° приводятся в табл. 1 и 2. Исследования производи­лись в различные дни.

ЛИТЕРАТУРА

1. Автоматическое регулирование котельных установок. Под ред. Герасимова С. Г.. М.-Л. 1-950.

2. Е р о ф е е в А. В. Электронные автоматические регуляторы температур. Московскийэнергетический ин-т. 1953.

3. К а з а р н о в с к и й. В. М. Регулирование температуры перегретого пара в мощныхшровых котшак. Госэнергоиздагг. 1954.

4. К а м п е - Н е м м А. Автоматическая запись и автоматическое регулирование тем-nepiatpyip с оомощью тармоюопрятшлеяий. «Заводская лаборатория», № 3, 1954.

б . 'К о с т к е в и ч Б. В. Электронные приборы для измерения и регулирования тем- вдрншуры. Обороигнз. М. ,1952.

6. К о ш а р с к и й Б. Д . Справочник по теплоизмерительным приборам и авторегу­ляторам элекпричаскик сианций. М. 1955.

7. М а р к у с ,Д ж . и Ц е л ю ф И . В. Технические применения электронно-ламповыхtxeM. ИЛ. 1954.

8. М и р о н о в К. А., Ш и п е т и н Л. И. Теплотехнические измерительные приборы.ГОНТИ. М. 1954.

9. П а в л о в а Г. И., Ш е ф т е л ь И. Т. Анализ работы термосопротивлений в системеконтроля, .осиоваиный иа использовании релейного эффекта. Автоматика и телемеханика, т. XVII, № 6. 1956.

10. П е т р ю в И. Тб!рмисто|ры. Радию, № 7. 1955.11. Приборы тетпотехеичеокюто канггроля и автоматические ре!гулято!ры. Каталог. Ме­

таллург,иадат. М. 1953.12. Т р е т ь я к о в С. А. Эяектроиный регулятор ВТИ обрааца 1951— 1952 гг.; лекции

гао iKyipcy «Электроиина в тепловой автоматике». М. 1953.13. Т у р и ч и н А. М. Электрические измерения неэлектричеоких величин. Госэнерго-

издат, М.-Л. 1954..14. N o . l t i n g В. Е.

Эяектротный рвпулятор TeMinepaiTyipbi. Journal of Scient. Instr. v. 30. N 10. 1953.15. R a u R. S. H. Journal of Scient. Instr. v. 31. N 7. 1954.

л . Б. КРАСИЛЬЩИКОВ, О. И. ГОЛИКОВА

ФОТОМЕТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЯРКОСТИ

Для измерения коэффициентов яркости в отдельных участках спектра образец освещается ртутной лампой СВДШ, дающей линейчатый спектр. ■ Отдельные линии выделяются комбинациями светофильтров, вводимыми перед приемным фотбсопротивлением. ■

Отражение диффузно рассеивающих поверхностей характеризуется величиной альбедо, а угловое распределение отраженного света при за­данных условиях освещения описывается относительными коэффициен­тами яркости.

Под относительным коэффициентом яркости понимают отношение яркости В данной поверхности к яркости До абсолютно матовой поверх­ности,, наблюдаемой в том же направлении и при тех же условиях осве­щения, т. е.

В

Во

Для реальных поверхностей коэффициент яркости является функ­цией’ длины волны падающего свёта, его пространственного распределе­ния и направления наблюдения.

Знание спектрального и пространственного распределения коэффи­циентов яркости реальных поверхностей необходимо для решения мно­гих геофизических задач.

В лаборатории экспериментальных исследований была создана ла­бораторная установка, позволяющая в отличие от полевой установки измерять коэффициенты яркости, отнесенные к вполне определенным условиям освещения.

Измерение спектральных коэффициентов яркости является спектрс- фотометрической задачей и обычно связано с применением соответ­ствующего спектрального прибора (монохроматора).. Измеряемые свето­вые потоки при этом оказываются чрезвычайно малыми, что требует применения весьма чувствительной измерительной аппаратуры.

Использование фильтров для монохроматизации света хотя и дает большой выигрыш в величине измеряемых световых потоков, а следо­вательно, и в точности их измерения, обычно связано с весьма ненадеж­ным определением эффективной длины волны, к которой следует отнести результат измерения. Вследствие этого результирующая точность ока­зывается недостаточной [1].

Однако возможно сочетать преимущества точной монохроматизации с одновременным получением достаточно интенсивных потоков, если светофильтры применять лишь для выделения отдельных линий какого- либо мощного источника, обладающего линейчатым спектром. В^ка-

110 -

ЧёстЁе такого источника была применена ртутная лампа, имеющая линии излучения в интересующем нас диапазоне длин волн 0,4—1,4 fx.

Т а б л и ц а 1

Х[А Фильтры Толщина в мм

0,436 ФС-1)

2Г" C3G -18 3

0,546 ОС-11 3ПС-7 3

С 3 С -18 3

0,578 ОС-13 3С 3 С-18 3

1,014 ИКС-2 2Ф С-7 2

1,370 ЗС -6 , 2-ИКС-2 , 2

В табл. 1, п1р.й1вед0ны камбина;- ци!и ф)ии1ьт|ро1в, выделяющих от- делыные лиеии.

Эт1и номбииадии лыбиралйсь таким -образом, что|бы ib области ОПбКТраЛБНОЦ Чу|В€Т1ВИТе1ЛЬИ 0 1 СТ!Ифото'бомротавления ФС-А! на него попадал бы .авет, '0оо,т1вет- ствующий, тб'ЛБко «а»ой-л1йбо одной Л1И1нй:и йзлуче1ния ртути.'

.Кроме' того, для увеличеиия чи'сл-а -спектральных точек лри по- М01ЩИ .комбинаций фильтров KjC-10, СЗС-.14, СЗС-16 и КС-14,УфС-4,. ЗС-7 йз .оплошного .спек­тра лампы' выделялись полосы', ueHTipiHipioBapHbie (со1ответ(етв.ш.но около 0,630 и 0,750 р,. Полуширина этих полос не превышает 0,050 ц.

Выполненная нами установка имеет ряд особеньш£тей._1. Значительное увеличение световых потоков, а следовательно, упро­

щение измерительной аппаратуры.2. Питание лампы осуществляется переменным током, благодаря

чему она дает световой поток, модулированный с частотой 100 гц. Это позволяет применить узкополосный резонансный усилитель переменного тока с двойным R C -m octom , настроенный также на частоту 100 гц.

3. Использование линий излучения ртути дает в красной и ближней инфракрасной областях спектра монохроматизацию лучшую, чем при использовании простых монохроматоров, так как в этих частях спектра приходится работать с большими щелями.

4. Отсутствие призменного монохроматора позволяет измерять ко­эффициенты яркости поверхностей в поляризованном свете. Для этого перед приемником вводится поляриод.

Недостатком установки является то, что ограниченное число спектральных точек позволяет получать кривые спектрального хода от­ражения лишь для поверхностей, не обладающих резко выраженными селективными областями.

Общий вид установки представлен на рис. 1. В качестве осветителя используется 60-сантиметровый прожектор с ртутной лампой СВД-Ш-250. Свет, отраженный от объекта.или от эталона, в качестве которого используется баритовая бумага, близкая по фотометрическим свойствам к идеальному рассеивателю [2], попадает через объектив и фильтры на фотосопротивление типа ФС-А1 [3].

Фотоэлектрический сигнал усиливается узкополосным усилителем, на выходе которого после выпрямителя включен микроамперметр М-251. Все приемное устройство находится на тележке, катающейся по дуге, в центре которой расположены объект измерения и эталон.

В качестве примеров измерений относительных коэффициентов яр­кости различных поверхностей приведем данные по отражательным спо­собностям некоторых поверхностей растительного покрова (рис. 2).

Н а , рис. 3 приведены индикатрисы отражения желтой масляной краски в естественном и поляризованном свете. На рис. 4 приводятся индикатрисы отражения ветвей березы для различных положений источ­ника света. Как видно, ветвИ березы имеют пространственное распреде-

111

Рис. 1. Общий вид установки, i — прожектор, 2 — объект или эталон, 3 — головка с фотосопротивлением и фильтрами,

4 — усилитель, 5 — выходной прибор, 6 — блок питания.

Рис. 2. Спектральный ХОД коэффициента яркости некоторых поверхностей растительного покрова. Угол отражения 90°, угол падения света 45°.

1 — ветви березы; 3 — ветви сосны; 3 — ветви ели; 4 — трава луговая; S — скошен­ный л у г .

лёние отраженного света, типичное для изрытой поверхности: максимум света отражается назад к источнику. Из рисунка видно, что максимум отражения следует за источником света.

На данной установке были исследованы многие материалы, как, на­пример, краски, бархат, шифер, фанера, дюралюминий и др.

Рис. 3. Индикатрисы отражения желтой масляной краски, 0,578 р..1 — свет неполяризован; 2 — свет поляризован в плоскости, перпендикулярной п ло ­

скости падения; 3 — свет поляризован в плоскости падения.

Полученный нами спектральный ход коэффициентов яркости черного бархата хорошо согласуется с данными Е. К. Пуцейко [4].

У глы падения: / — 90; 2 — 110; г — 135; 4 — 160°.

Точность измерения спектрального и пространственного распределе­ния отраженной радиации определяется ■ теми ошибками, которые воз­никают в процессе измерения. К числу их относится ошибка отсчета ве­личины яркости и ошибка установки угла наблюдения; в сумме они со­ставляют не более 10%.

8 Труды ГГО, ЕЫП, 100 ИЗ

при углах зеркального отражения для поверхностей, обладающих большой зеркальной составляющей отражения, приобретает большое значение ошибка, возникающая вследствие того, что из-за конечных размеров осветителя и объекта фактически при измерении имеем дело не с одним единственным значением угла между падающим и отражен­ным лучом, а с целым’ спектром углов.

Кроме того, необходимо отметить, что точность измерений опреде­ляется стабильностью светового потока во время измерений. Важно, чтобы при ,измерении яркости объекта и яркости эталона световой поток не изменялся. С этой целью ток лампы Стабилизировался баретторами, кроме того, для каждого угла отражения и каждой длйны волны изме­рялась как яркость объекта, так и яркость эталона, причем для контроля постоянства светового потока за этот промежуток времени одно из из­мерений повторялось дважды.

В результате указанных мер оказалось, что сходимость результатов измерении не выходит за пределы 10%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kp'fflCHлЫ Ц 1И1К1О1В Л. Б., Г о л и к о 1В1а О. И., Н о в о с е л ь ц е в Е. П. Фотомет­рические измерения сиектпраиыных ошноштельных коэффициентов яркости. Труды ГГО, вып. 68. 1957.

2. К р а с и л ь щ и к о в Л. Б., Н о в о с е л ь ц е в Е. П. Олражательиая сиооо'бность■баритшой бум1ага. Ошик'а и шектрюскопия. вып., 3. 1957.

3. К о л о м и е ц Б. Т. Фотовопрюшивяения. 1954.4. П у ц е й к о Е. К- Фотометрический метод определения диффузного отражения

в инфракрасных лучах. ЖТФ, т. XV, вып.’ 12. 1945.

Ю. и. РАБИНОВИЧ

САМОЛЕТНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ И

ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Приводится описание аппаратуры и методики измерений наземных контрастов, коэффициента ослабления и кoэффициeнfoв яркости с само­лета на различных высотах. Даются некоторые данные измерений и оценка возможных погрешностей.

Решение задачи о наклонной видимости реальных объектов в види­мой и близкой инфракрасной области спектра возможно при получении надежных данных по оптическому состоянию атмосферы и визируемых объектов. Теоретическое решение этой задачи дано в работе [2], где с по­мощью простых параметров, х:арактеризуюш,их состояние атмосферы и объектов, можно рассчитать наклонную дальность видимости.

Указанная теоретическая схема является приближенной и относится к средним режимным состояниям атмосферы. Целый ряд предположе­ний, заложенных в основу этой теории, могут в отдельных случаях не

■ выполняться. Для проверки предложенной в [2] теоретической схемы расчета дальности видимости, а также для получения комплексных дан­ных об оптическом состоянии атмосферы и объектов была разработана и изготовлена самолетная аппаратура, в комплект которой входят:1) прибор для измерения спектральных контрастов наземных объектов,2) приставка для определения спектральных коэффициентов яркости наземных объектов, 3) прибор для измерения спектральной прозрачности атмосферы в наклонном направлении.

В дальнейшем этот комплект предполагается расширить аппарату­рой для измерения спектральной индикатрисы рассеяния, которая про­ектируется и изготовляется в настоящее время. ■

Прибор для измерения спектральных контрастов наземных объектов. Прибор для измерения контрастов наземных объектов представляет собой быстродействующий спектрофотометр, позволяющий регистриро­вать малые световые потоки в узких спектральных интервалах. На ос­новании известной формулы

--------- В ф ,(г )

где Вф^ (г), Box (^) — спектральные яркости фона и объекта на уровне Z, задача сводится к определению спектральных яркостей объекта и фона на различных высотах. Поскольку контраст является относитель­ной характеристикой, абсолютные значения регистрируемых яркостей определять нет необходимости. В дальнейшем будем пользоваться тер­минами контраст и яркость, имея в виду спектральный контраст и спек­тральную яркость объекта или фона.

8* 115

Принципиальная схема метода измерения представлена на рис. 1 а. На высоте Я самолет пролетает в направлении, перпендикулярном ли­нии раздела объект — фон, на горизонтальном удалении от объекта а, которое определяется высотой полета и углом визирования 0. При дви­жении самолета производится последовательная регистрация светового потока, отраженного от 1объект1а и фона. Измерения производятся на высотах 200, 1000, 2000 м и т. д. через 1000 м при различных азимутах и углах визирования. Аппаратура в самолете устанавливается в двери

■ #7 6 5-^: 2 3

б)

Рис. 1. Принципиальная схема метода и аппаратуры для измерения контраста. а — схема измерений; б — блок-схема прибора; в — блок-схема комплекта аппаратуры:

У — усилитель постоянного тока. Я — п ульт .управления.

пассажирской кабины, причем направление визирования перпендику­лярно направлению полета.

(Прииципиалыная схема спектрофотометра, применяемого для измере­ния контрастов, изображена на рис. 1 б. Объектив (2) типа И-55 с фокус­ным расстоянием / = 300 мм и переменной диафрагмой (5) проектирует изображение на диафрагму (5) с малым отверстием. Между диафрагмой и объективом’ расположен диск со светофильтрами, приводимый во вра­щение двигателем МН-250. 'Данные светофильтров приведены в табл. 1.

Диаметр отверстия св диафрагм:е {5) может быть выбран в пределах от 0,3 до 3,0 мм. Отверстие диафрагмы вырезает из спроектированного сюжета небольшой участок объекта или фона. Световой поток от этого участка с помощью объектива'(б) направляется на фотокатод кислород- но-серебряно-цезиевого фотоумножителя (7) типа ФЭУ-22. Получен­

и е

Таб л и ц а’Т!

Номерсвето­

фильтра

Эффектив­ная длина ,

волны в мк'

Ширина про­пускания в

середине максимума

в мк

Коэффи­циент про­

пускания

123456

ИнтерференционныйИнтерференционный

ЖЭС-12ИнтерференционныйИнтерференционный

ИКС-3

0,3970,5000,5500,5980,7050,950

0,0100,0080.0800,0110,0120,080

0 ,390,420,250,380,400,20

ный на выходе усилителя сигнал усиливается балансным усилителем постоянного тока и регистрируется шлейфным осциллографом. В при­боре используется 24-шлейфный осциллограф типа СР-5 производства завода «Геофизика» с записью на бумагу шириной 200 мм. Осцилло­граф был подвершут значительным переделкам, кото)рые'позволили ис­пользовать его для работы в самолете. Основные переделки заключа­лись в замене электродвигателя и ламп осветителей, пригодных для работы от бортовой сети (26 в постоянного тока). Все клеммные соеди­нения заменены штепсельными разъемами и измерительная схема пере­делана на 4 шлейфа, из которых один иопользуетоя для записи но!ме!р.а осциллограммы, а также для отметок начала и конца визирования объ­екта или фона. Выпускная кассета осциллографа была снабжена допол­нительным указателем остатка неиспользованной бумаги.’ '-Оптическая 'оистема спектрофотометра вместе с из|М1ериТельной тол»в- кой, содержащей фотоумножитель и усилитель, установлена на поворот­ной'системе, позволяющей изменять углы визирования в вертикальной плоскости от О до 160° и в горизонтальной плоскости от О до 360°. Прак­тически при работе вертикальный угол устанавливается в пределах 7iQ±10°, а горизонтальный 90 ± 10°. Точное наведение на объект осуще­ствляется панорамным' визиром, оптическай система которого имеет фокусное расстояние такое же, как и у основного объектива. На кор­пусе поворотного приспособления имеется ' стрелочный прибор М-24 для устаяов'ии нуля и контроля за работой спектрофотометра. Здесь же рдсполагаются TJмблepa включения питания усилителя, фотоумножи­теля и мотора вращшия светофильтров. Специальными выключателями производится дистанционное включение осциллографа на запись, а так­же подача отметок начала и конца визирования. ,

Питание всей аппаратуры, как указывалось выше, за исключением накала усилителей, производится от бортовой сети. Питание накала 'усилителя производится от отдельного 6-вольтового аккумулятора ем­костью 90 а/час. Напряжение бортовой сети с помощью мотор-альтерна- тора МА-250 преобразуется в переменное напряжение 115 в, 400 гц. Этим напряжением питается выпрямительный блок,' который состоит из2трех- к'анальных выпрямителей.-Один выпрямитель с электронной стабилиза­цией дает выпрямленное регулируемое напряжение до 2000 в и пред- на1значен для питания фотоумножителя; второй выпрямитель^ с- газо­выми стабилизаторами дает-выпрямленное напряжение для -питания анодов' ламп уСилителя. Первый канал блока питания йСпользуетСя^ Йля

- • 1 эффективнай'длина волны, длина волны В максимуме пропускания С'учётойСпектральных характеристик дополнительных стеклянных фильтров и фотоумножи­теля. . . . .0. ;'.ч'

117

питания спектрофотометра, измеряющего контраст, второй канал — для ■прибора, измеряющего коэффициент ослабления, третий капал в -настоя­щее время не используется и предназначается о будущ'ем для прибора, 'Измеряющего индикатрису рассеяния.

Включение питания всей аппаратуры, входящей в измерительный комплект, производится с общего щита, на котором размещены контроль­ные прибюры. На рис. 1 в изображена общая блок-схема всей аппа­ратуры. Соединение между отдельными блоками выполнено экраниро­ванным кабелем с»споль'зо1в.анием стандартных фазъемов типа ШР. Блок питания, осциллограф, щит питания и аккумулятор монтируются на металлическом столе из алюминиевых труб. Благодаря применению соединительных кабелей и блочной конструкции приборов монтаж всего оборудования в самолете занимает 15—20 мин. Точность измерения кон­траста с помощью описанного прибора определяется собственной точ­ностью измерения интенсивиостей светового потока П1РИ60РЮ1М и точ­ностью метода измерения. Погрешность самого прибора по оравиеняю с .'погрешностями метода измерения имеет второстепенное значение..

Оценка погрешности прибора производилась при лабораторных ис­пытаниях и выражалась величиной порядка +3% для средних по вели­чине значений интенсивностей световых потоков. Эта погрешность в основном определяется флуктуациями темпового тока фотоумножи­теля .'и иеточиостью снятия данных с осцилло^граммы. Следует отметить, что нестабильность нуля и коэффициента усиления усилителя и фото­умножителя, если даже они имеют место, существенного влияния на точность измерения ие оказывают. Запись . нуля иройзводится 16 раз в 1 сек., а весь интервал времени, в течение которого измеряется конт­раст, занимает 15—20 сек. Вполне естественно, что за такие малые про­межутки времени колебаниями нуля и коэффициента усиления можно пренебречь. -

Ошибка в измерении контраста связана с ошибкой измерения отно­сительных яркостей следующим соотношением, которое получается в ре­зультате дифференцирования формулы ( 1)'

А К , = (2 )

Напомним, что в ( 1) по определению контраста.Относительная погрешность измерения

_ ^ОХ^^фХ + ^фХ^^ОХ .O')~

Учитывая, что для не очень малых значений Box абсолютная ошибка АВох=АВф, =ДВ^, после преобразования получим

^Х ^фХ ■бфХ — ■Sqx

илиД^Х ^ 2 - к „

(4)

■ Х ^ ф Х А

Таким' образом, при любых условиях ошибка в измерении контраста является функцией самого контраста. Д аж е при измерении единичного контраста относительная ошибка измерения будет равна относительной ошибке в измерениях яркости- Эта зависимость накладывает определен­ные требования на выбор контрастов для измерений. Их величина должна быть не менее 25—30%, чтобы обеспечить удовлетворительнуюточность измерения (в пределах+ 20%).118

.Следует учесть, что помимо указанных погрешностей, свойствен­ных методу измерен®^ возможны дополиительные погрешности за счет неточности наведения на объект или фон, неоднородности яркостей объекта или фона по площади, а также поиретаности ib определении выг соты-полета и углов визирования. Учет всех источников погрешностей теоретическим путем сложен и не позволяет достаточно надежно оце­нить точность измерений. Проще это можно сделать из анализа полу­ченных экспериментальных данных. На рис. 2 приведены данные изме­рения контраста вода — снег, выполненные 19/111 и 4/IV! 1958 г. в районе Ладожского озера. На графиках приводится по 6 кривых, относящихся к ,различным участкам спектра. Номера кривых соответствуют обозна­чениям в табл. 1. ,

Как видно из графиков, кривые хорошо совпадают с данными изме­рений. Разброс отдельных точек не превышает величины, 4-10%. Сле-

КЮО

80

60

40

20

19/ т ясно, дымка, вода-снег 0=7^7° ац>-270°

^5

ЮОО 2000 3000 4000 5000 6000 Н 20

о6л.,дымка, в ода-снег в=70°л^=90"

1000 2000 3 0 0 0 4 0 0 0 5000 6000И

Рис. 2. Графики изменения контраста с высотой для различных спектральныхинтервалов.

7 - 0 , 4 ( А . 2 — 0 ' ,5 ( х 5 - 0 , 5 5 ^ , , 4 — 0 , 6 ц , 5 - 0 .7 [л, 5 - 0 ,95 ц .

дует заметить, что инотда наблюдается выпадение отдельных точек, обусловленное указанными выше, причинами погрешностей, из которых наибольшее значение имеет неоднородность яркостей объекта и фона, а та;кже неточности наводки ирибора. Влияние неоднородности объекта и фона может сказаться при измерениях на различных высотах с постоян­ной диафрагмой, что приводит к различию между площадями, одновре­менно захватываемыми прибором на разных высотах. Для устранения этого в приборе предусмотрена сменная диафрагма с 5 отверстиями (0,3; 0,5; 0,75; 1,5 и 3,0 мм). Меняя диафрагму при визировании на раз­личных высотах, можно сделать степень осреднения яримерно нбзави- сящей от высоты. Для контрастов трава — вода, трава — песок была проведена экспериментальная проверка влияния степени осреднения на .величину контраста!. В этом случае влияние степени осреднения на контраст не обнаружено. Для менее однородных объектов, по-видимому, это обстоятельство необходимо учитывать.

Приставка для определения спектральных коэффициентов яркости наземных объектов. Измерение спекцральных коэф^фициентов Я|ркости на­земных объектов производится при полете самолета на высоте 150— 200 м с 1П01М!0щью специальной пристаини к опектрофотометру, тарямбняе- .мому для измерения ионтраста,.Н а рис. 3 а изображеиа схема кон­струкции приставки. Корпус приставки с помощью разрезного йольца (Р) закрепляется на объективе спектрофотометра. Внутри корпуса раз-

: * Приставка для измерения коэффициентов, яркости разработана автором совместнос Л . Б. Красильщиковым.

,119

мёЩено круглое зеркало с двухсторонним наружным алюминированием. Зеркало (4) приводится вО вращение от мотора МН-250 с помощью скач- кового механизма типа «мальтийский крест», который обеспечивает по­ворот зеркала за один цикл на 90°. Перпендикулярно оптической оси спектрофотометра на корпусе приставки размещены две трубы, ' одна из которых направлена вверх и предназначена для измерения падаю­щей радиации, а вторая вниз — для измерения радиации, отраженной от объекта. Верхняя труба закрыта стеклянной матовой полусферой (/), под которой размещен затвор с переменной диафрагмой (5). Во второй трубе имеется также сменная диафрагма (5) и короткая защитная бленда (7). Чтобы предохранить зеркало от попадания пыли и влаги, все три отверстия в корпусе закрыты плоскопараллельными стеклян­ными пластинами {2, 6, 8).

При вращении зеркала на объектив спектрофотометра последова-

19/111 H=200m,Q=0°гд

ЬО

0,6

ОА

0,2V

Ш 500 600 700 800 900 10007

Р ис.,3. Принципиальная схема приставки для измерения коэффициентов яркости и результаты измерений..

а — схема приставки; б — график зависимости коэффициента яркости снега о т длиныволны.

тельно попадает световой поток, падающий на верхнюю полусферу, и световой поток, отраженный от объектива. Для градуировки периоди­чески производится запись интенсивности светового потока, отражен­ного от поверхности эталона, в качестве которого используется барито­вая бумага.. Баритовая бумага размещается в выдвижной кассете, под приставкой. Скорость вращения зеркала , в цриставке выбрана таким образом, что за время каждой остановки диск со светофильтрами в спектрофотометре делает два полных оборота.

При установке спектрофотометра в двери самолета, как это было указано выше, линия визирования приставки примерно на 50 см выхо­дит за О'брез фюзеляжа 1самолета. Чт01бы свести к минимуму влияние виньетирования самолетом, направление полета выбирается под углом' окрл'р 90° по отношению к солнцу. Это обеспечивает попадание на полусферу всей прямой радиации солнца.

.В-результате измерений на ощиллоррамме регистрируются интейсив- ности (падающего ;светового потока, отраженного .от объекта и отражен­ного от эталона, для всех спектральных интервалов, измеряемых спект­рофотометром. Расчет спектральных коэффициентов яркости произво­дится следующим образом:

^ Во ’ (6 )

120

где 5 i — спектральная яркость объекта й Во — спектральная яркость идеального отражателя при тех же условиях освещения.

Далее в рассуждениях для краткости все величины рассматриваю^тся для узких спектральных интервалов, но будут приводится без специаль­ной оговорки.

Во = аВэ, где Вэ — яркость баритовой бумаги, (З — коэффициент, учи­тывающий отклонение баритовой бумаги 'От идеального отражателя. Этот коэффициент для различных участков спектра имеет различные значения и может быть Ёзят в [1].

Таким образом,

. . - l i -

Отношение яркости эталона к падающему потоку из верхней полу- В

сферы Р = - ^ может быть получено из измерений с баритовой бума

гой, что позволяет перейти непосредственно к сравнению интенсивностей падающего и отраженного светового потока

г •

Учитывая, что полученные в результате измерений интенсивности световых потоков в относительных единицах пропорциональны Bi и F„, окончательное выражение для расчета спектральных коэффициентов яркости получим в следующем виде:

............

где /ix й /„X — |0тсчеты по осциллограмме для каждого светофильтра.Точность определения спектральных коэффициентов яркости опре­

деляется точностью 'измерения интевсввщ'ости ^светового потока и iBbtpa- жается формулой -

Из формулы (6) видно, что погрешность При определении коэффи­циента яркости будет соответствовать удвоенной погрешности при опре­делений интенсивности светового потока или относительной яркости. Все остальные погрешности, свойственные методу измерения, как И при измерении контраста, остаются, и поэтому относйтельная погрешность в измерен-и'и жоаффициантов яркости может быть принята в пределах + 10 н- 15%.■ Значения коэффициентов яркости, измеренные таким способом, пред- ставляют собой средние для некоторой площади. Величина площади, по которой производится усреднение, зависит от диаметра выбранной диафра.гмы в 'опвктрофотометре, высоты лолета и окорости самолета.

Площадь, захватываемая в каждый момент времени спектрофото­метром на объекте, представляет собой круг, диаметр которого равен

D = ^ ^ O J м ,

где Я =200 м — высота полета, d = l мм^^диаметр диафрагмы, f= = 300 мм — фокусное расстояние объектива.

Если принять скорость самолета ЛИ-2 У =50 м/сек,, то за время одного оборота светофильтров (п = 2 об/оек,) лилия 'визирования пере­

121

местится на 25 м. Отсюда коэффициент яркости усредняется по площади прямюугалыни'ка размером 0,7X25 м. Из этого следует, что для полу­чения уверенных значений коэффициентов яркости должны- выбираться достаточно протяженные объекты с однородной структурой поверхности и одинаковыми условиями освещения;

На рис. 3 б дана кривая зависимости коэффициента яркости, снега от длины волны, полученная при измерениях в районе Ленинградской об­ласти в марте 1958 г.

Прибор для измерения спектральной прозрачности атмосферы. Дл(Я измерения спектральной прозрачности атмосферы используется спектро­фотометр, которым производится регистрация интенсивности прямой солнечной радиации в различных участках спектра на разных высотах. Принципиальная схема спектрофотометра, применяемого для регистра­ции прямой радиации, мало отличается, от схемы спектрофотометра для измерения контраста. Учитывая, что световые потоки здесь на 4—5 по-

Рио. 4. Принципиальная схема и результаты измерения коэффициента ослабления. а ~ схема прибора д ля измерения коэффициента ослабления: 1— 3 — диафрагмы, 2 — затвор^ ^ — диск со светофильтрами,5 — фотоэлемент, fi — контрольная лам па; б — графики изменения коэффициента ослабления с высотой д ля различных участков спектра: / — 0,4 jx, 2 — 0,5 [д,,

3 — 0,6 ц , 4 - 0 , 7 [ i , 5 — 0,95 р,.

рядков выше, В приборе используется вместо фотоумножителя обычный кислородно-серебряно-цезиевый фотоэлемент с полупрозрачным катодом на стекле. Электрическая схема усилителя и способ регистрации остав­лен 'без 'ИЗМ|0на»И|Я. ЗапИ'Сь иятен'оивн'остей прямой радиации произв'о- дится на том же осциллографе СР-5 на отдельный шлейф. На рис. 4 а изображена пр'инципиальная схема ирибора. Система диафрагм обеопе- чивает угол зрения пр'Ибор'а 10°, что соответствует углу зрения стандарт^, ного актинометра, применяемого на сети. Вращающийся диск имеет пять светофильтров, спектральные хара:ктери'стик'и которых соответствуютше- тофильтрам в шектр'офотом'етре для измерешя 'Контраста (табл. 1) без светофильтра 3 (ЖЗС-12). Светофильтр 3 при измерении контраста дает данные, примерно соответствующие визуальным наблюдениям, так как максимум пропускания его соответствует максимуму кривой видности глаза. При измерении прямой радиации достаточно использо­вание 5 ’ов'етофильтр'ов. Чтобы 'Навести прибор на солйце, его закре­пляют в кардановом подвесе и снабжают 'визирным приопоооблением. Пуск осциллографа производится кнопкой, расположенной на ручке прибора, в момен'т точного иаведевия- Для контроля - постоянства чув­ствительности прибора в корпусе измерительной. толовки установлена лампа накаливания, питаемая от аккумулятора, которая создает по­

122

стоянный световой поток. Периодическая запись интенсивности свето­вого потока лампы во время полета позволяет контролировать возмож­ные изменения чувствительности. При практическом использовании прибора изменение чувствительности не превосходило обычно ±il %, и поэтому введение поправки на изменение чувствительности делать ие приходилось.

Питание усилителя, фотоэлемента и двигателя вращения свето­фильтров производится от общего блока питания (2 канал) через пульт управления, размещенный на столе. Пульт управления состоит из двух секций, причем вторая секция в настоящее время не используется и пред­назначается для прибора по измерению индикатрисы рассеяния. Накал усилителя питается от аккумулятора.

Измерения интенсивности прямой радиации производятся при вер­тикальном' самолетном зондировании атмосферы на высотах 200, 500, ШОО 1М и выше через 500 м. В результате иэмерёний после обработки можно получить кривую изменения интенсивности прямой радиации в за- ВИОИМОСТИ от высоты I = f {z) для данной длины ВЮЛНЫ. ,И'3 этой иривой можно определить значения коэффициента ослабления 0 для различ­ных высот. Интенсивность прямой радиации связана с коэффициентом ослабления следующим соотношением:

ООf a {z) dZ SQQ Zq

Оборачивая этот интеграл, получим'

= <9>Пользуясь"выражением (9), по кривой I —f{z) можно получить зави­

симость g=f{z) .Связь между относительной ошибкой в измерении интенсивности

светового потока и относительной ошибкой в определении коэффициента ослабления определяется следующим выражением:-

До д / 2Дг ,W ° - г - 7 ,- - — ™

Как видно из этой формулы, при уменьшении a{z) относительная погрешность в определении коэффициента ослабления очень быстро увеличивается. Ошибкой в измерении z и zqho сравнению с первым чле­ном можно пренебречь.■ Рдиако такое выражейие для ошибки спраиедливо при определенщ o{z) из отдельных измерений интенсивности,, а не из кривой I=f{z) , в последнем случае величина относительной погрешности значительно уменьшится. Следует иметь в виду, что при таком способе обработки происходит сглаживание не только ошибок измерения, но и возможных 1не1оянородностей в вертикалоном строении атмосферы. .В качестве при­мера на рис. 4 б даны кривые or(z) для пяти спектральных интервалов, полученные при измерении в районе Ладожского озера в условиях, малой прозрачности (метеорологическая дальность видимости у . земли

20 км ). В настоящее время с помощью описываемой выше аппара­туры производится систем атичеокий набор дамных для различных 1СОСТОЯНИЙ атмосферы и подстилающей 1П01верхности.

ЛИТЕРАТУРА1. К р а с и л ь щ и к о в Л. Б., Н о ^ в о с е л ь ц е в Е. П. Опектралыная отражательная

отооабшоть баритовой бумаш . Огиика и 'швкгчрошапия, т, II, вып. 3. 1957.2. Ш и ф р и н К. С., М и н и н И. Н. К теории негариэонпаяшой видямосгги. Труды

ГГО, вып. 68. 1957.

:123

я. и. НИКИТИНСКАЯ

о ПРИМЕНЕНИИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ СВЕТОФИЛЬТРОВ ТИПА ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФАБРИ— ПЕРО ДЛЯ УПРОЩЕННЫХ

С П Е К Т Р А Л Ь Н Ы Х И з м е р е н и й П Р Я М О Й С О Л Н Е Ч Н О ЙРАДИАЦИИ в УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Рассматривается применение интерференционных светофильтров для измерения в ультрафиолетовой области спектра. На оснований теоретиче­ских расчетов показано, что значение, которое было бы получено на ос­новании измерений с помощью фильтра и монохроматора в соответствую­щем участке спектра, хорошо совпадают.

/ ■ Интерференционные светофильтры за последние годы весьма широкоi применяются в различных видах физического эксперимента. Среди раз- ' личных конструкций этих фильтров наибольшее распространение полу­

чили светофильтры с двумя полупосеребренными поверхностями, рабо­тающие по; принципу интерферометра Фабри и Пёро,-

Для многих разновидностей спектральных измерении нет йеобхо^ 'димостй в йсследовании тонкой структуры спектра, но вместе, с тем / Желательно выделение достаточно узких спектральных интервалов. / В этих случаях применение упомянутых фильтров оказывается вполне / оправданным. Урестно упомянуть. ib 'Связи-с этим об ,их достоинствах.

Применение светофильтра;; 1) освобождает экспернментатора от борьбы с рассеянным светом в приборе, что особенно важно при иссле­дований ультрафиолетовых Областей спектра; 2) дает возможность вы­делять большие энергии благодаря высокой .светосиле w достаточно больйбй площади фильтра. В связи с этим во многих случайх отпадает необходимость применения чувствительных приемников радиаЦйй й уби- лйтелей слабых токов; 3) позволяет отказаться от употребления призмы, дййиерсия которой не одинакоНа © разных участках, а также удадять из йр'йбора дополиительную 'Оптику, свойства которой сел'ективны. -

Таким образом, набор узкополосных светофильтров может не бёз успеха заменить собой в некоторых случаях все сложное устройство монохроматора.

В видимой области с помощью этих светофильтров можно выделить участки, эффективная ширина которых составляет менее 10 т[х, при этом нрбпускание фильтра в точке максимума составляет 25—30% с весьма .незначительным фоном по всему спектру./ -' Однако в ультрафиолетовой области соответствующие параметры должны быть значительно менее удовлетворительными. Это. связано с тем обстоятельством, что коэффициент ртра^кения серебра, применяемого

е/ при изготовлении отражающих поверхностей фильтра, резко падает 1 в ультрафиолетовом конце спектра. ■ . ■ : '1 Согласно теории свётофильтра [U 4], это ведет к тому, что эффекг 1 тивная ширина его области пропускания увеличивается, а пропускание

'si24

1по всему спектру, отличное от нуля, во всех участках (так называемый фон) значительно возрастает. Поэтому принято считать, что упомянутые фильтры не пригодны для выделения ультрафиолетовых областей спектра. Тем более бесперспективным на первый взгляд кажется приме- ■нение их iB условиях меияющейся 'выооты солнца, т. е. для измерений пря­мой солнечной радиации и для определения на основе этих данных ков|ф- фициентов-спектральной прозрачности толщи атмосферы.

Поясним это положение. Прежде чем дойти до приемника, лучистая энергия солнца проходит в этом случае как бы сквозь два светофильтра, одним из которых является атмосфера. Благодаря тому, что плотность одного из них, т. е. атмосферы, в течение суток меняется, желательно, чтобы область пропускания второго (настоящего) фильтра была возможно более узкой. Это особенно важно в тех случаях, когда про­зрачность толщи атмосферы и распределение энергии в заатмосферном спектре солнца меняются очень быстро, т. е. в участке коротких длин

^олн. В противном случае на радиацию, воспринимаемую -приемником, 1 /окажет влияние эффект Форбса, заключающийся в том, что эффективная/

/длина волны, воспринимаемая Приемником, сместится в сторону длин-/' ных волн с уменьшением высоты солнца.

Мы хотим обратить внимание на тот факт, что эффект Форбса может расцениваться и с другой точки зрения, а именно как изменение эффек­тивной ширины области пропускания фильтра. Оба явления тесно свя­заны друг с другом и вызываются одним и тем же обстоятельством — возрастанием относительной доли длинноволнового излучения солнца при малых высотах. Последнее скажется также и на систематической погрешности, связанной с наличием фона, которая с понижением высоты солнца будет играть все большую роль.

Ниже делается попытка показать, что, несмотря на изложенные выше положения, применение упомянутых фильтров в условиях меняю­щейся высоты солнца для длинноволнового ультрафиолетового излуче­ния с известными ограничениями возможно. .

Основное содержание работы 'сводится в дальнейшем к следующему:1. К оценке влияния фона на измерения, полученные с помощью

фильтра.2. К оценке влияния эффекта Форбса, понимаемого' как смещение

эффективной длины волны Я и увеличение эффективной ширины области •пролуокания фильтра ААэф при изменении высоты солнца на спектраль­ные измерения прямой солнечной радиации в ультрафиолетовом участке.

Эффективная длина волны, пропускаемая фильтром, определяется нами из формулы (1) ■

Г оо\ h x P f f \ h x P ^ f d \ . (1 )

■ о ГЭффективная же ширина области пропускания определяется фор­

мулой (2)СО

3. К учету тех особенностей, которые имеют место, в связи , с этим при построении прямых Бугера—Ламберта с целью опр'еделения Р ^яри экстраполяции полученных данных за границу атмосферы.

Для расчетов был использован фильтр, кривая пропускания которого изображена на рис. 1. Фильтр изготовлялся в ГОИ под № 01702 и в даль­нейшем был дополнен абсорбционным фильтром типа ФС-2.

15

Как следует из рис. 1, (гаропускамие фильтра s точке максимума со­ставляет 24%, эффективная ширина области пропускания составляет 40 тц,, а максимальное пропускание находится в области 372 т[л.

Фон, имеющийся у этого фильтра, определялся экспериментальным путем; для этой,цели наш фильтр комбинировался с абсорбционным фильтром типа RG-2, пропускающим излучение почти полностью в ин­тервале 640— 3000 mji,. Измерение прямой солнечной радиации, выпол­ненное совместно с ЭТИД1 гасящим фильтром и без него, дает возмож­ность оценить эту систематическую погрешность. При средних высотах солица она составила десятые доли процента. Столь удовлетворитель­ные результаты были получены, конечно, благодаря удачному дополне­нию интерференционного светофильтра фильтром типа ФС-2.

Определения эффективной длины волны, яропущениой 'фнльт!ро,м, и эф- фекпивной Щирины области гарюпуока- ния 1вы1полнены при различных т ме­тодам графического внтеприрования, который применялся нами и ранее для аналопич1ных целей [2].

В качестве исходных данных для расчетов были вэяты наиболее иовьие оведения о р'аопределании вгаезем- ного солнечного спектра [5] и рено- мендубма'Я Савостьяновой [3] кривая спектральной л|роз1рачяости толщи ат­мосферы.

Р-аспределение энергии, ироиущ-вн- ной нащим светофильтром при

425Х

Рис. к Кривая пропускания светофильтра JMb 01702, скомби­нированного с абсорбционным

фильтром типа ФС-2.

оо

1, 5 и 10, т. е. I 'пред­

ставлен иа рис. 2 в отноаительных еди­ницах. и f{%) означают интенсив­

ность солнечного излучения, рассчитанного на 1 гп[х при соответствующей т, и пропускание фильтра.

Как видно из рис. 2, эффективная длина волны излучения, пропу­щенного фильтром X, смещается при изменении m от 1 до 5 на 2гп[х, а эф­фективная ширина области пропускания АХэф увеличивается также на 2п1[х. Однако при m=!l0 смещение эффективной длины волны составляет уже приблизительно 9щ(х, а эффективная ширина области пропускания увеличивается на 7т[х. Поэтому излучение солнца при этих высотах ока­зывается завышенным: при т = 5 приблизительно на 5%, а при т = 1 0 более чем на 15% вследствие упомянутого эффекта Форбса.

Разберем влияние этих обстоятельств на ход прямых Бугера—Лам­берта. Расширение области пропускания фильтра, наблюдаемое с пони­жением высоты солнца, может привести к тому, что прямая Бугера искривится при 'больших значениях т бл-аго'даря завышению излучения вследствие эфф'вкта Форбса. Имея в виду эти два положения, 'мы пр'О- следили ход двух прямых Бугера, одна из которых имела бы место при эффективной ширине области пропускания фильтра 40mfx, а д р у га я ^ при ширине в 1гп[х. Первая кривая была построена на основании плани-

, • СО

метрирования площадей, вычисленных как У* Iy^f{l)dX при различ-0

ных значениях т, вторая — обычным путем, т. е.-зная заатмосферное

126

100

з'начение /qx и Энергии в обоих случаях рассчитывались на 1тц. Обе прямые следуют параллельно одна другой до т—Ъ. При ббльших т замечается уже некоторое искривление первой прямой. Одедовахелыю, коэффициент, спектральной прозрачности, определяемый как тангенс угла наклона прямой Бугера| практичёскй сбвЖ да^^ приусловии т < 5 Г Расхождёнйё со ^ значений,расечитанных на 1 mjx, составляет 7—8 % . Этот факт вполне понятен, если принять во внимание, что обший вид кривой внеземного излучения солнца носит довольно сложный характер, и поэтому только в частных случаях средняя энергия в области пропускания филера, рассчитан­ная на 1т|х^^одвпадает.с„такой.-же анергией, в области X. Поэтому при­менение таких .широкоиряоаных 'фильтров 'невозмож1но в том случае, если, ймеешс'я ¥'1в1ид|-_1по®^'следойание вйезбШ'аго...солнечного:.'стект||'а,, 05].Г"....... " :

В наших ра'Очетах гае у ч и т ы в а ­л о с ь в о з м о ж н о е в л и я н и е полос 'се­л ек т и в н о г о п о г л о щ е н и я в атмосф|вре н а п о к а з а н и я щ р и бор ов , п ол 'уч енны е с И0|М0'ШЬЮ ф!ИШЬТ!рОВ, п о т о м у что о т 'отсутстврйали в р а з о б р а н н о м на(ми част1но1м юлучае. Вообще ж е прй выб'ор'е ш е т о ф и л ь т р о й у к а з а н ­ного ти п а юледует, бевусл 'ой н о, cTip'e- ,'М'ить1СЯ к тому, чтобы их не было' в о б л а с т и крагтуакаия'я ф и л ьт 1р а , осо- бен м о в б л 1и1зи м'ак!си1м у1м а п р 'оп ую к а-, ния.

Таким образом, ррих'одим к 'сле­дующим о'с'новным выв'одам.

1. Интарференционные ш^ето- фильт|ры, вьцреэающие ультрафиоле­товые |участки спектра, дают завьгш'внны'е 'значения прямой солнечной радиации при малых высотах соинца; эта систематическая но'грешность имеет порядок 5% при т = 5 и 15% при т=10. ^

2. Основываясь на этих данных, а также приняв во внимание ход ооотв'етствующих прямых Бугера, считаем возможным применять фильтры разобранного типа для высот солнца, соответствующих т < 5.

■3. Значения коэффициента спектральной прозрачности, которые были бы получены на основании измерений с помощью фильтра и монохроматора, в соответствующем участке спектра хорошо совпадают.

Рис. 2. Кривые распределения энер­гии, воспринимаемые приемником

при различных значениях от.; — m = 1, ; 2 — т - 5. 3 — от = 1 0 .

ЛИТЕРАТУР-А .

1. К о р о л в 'в Ф. А. Теория мааохрюиагшчваашх интврфарегациоиных фильтров. Изв.АН, т. XI, № 4, серия физич. 1947.

2 . 'Н и к и т и 'н с и .а я Н. И. Д'рименшие интерференционных фильтрш дяя апекпраль- 1ных^иссле1Д|01ваний солнечной ращиации. Труды ГГО, вып. 26. 1951.

3. С а в о с ж ь я н о и а М. В. Опеипраяьный состав даввнаго овета при фотосъемке.Изв. АН. серия гео|физ., W® 4, 1942.

4. H a d l e y Е. G. a n d D e n n i s o n N. К. Reflection and transmission interferencefilters. JOSA, V. 37, N 6. 1947.

5. J 0 n s 0 П N. G. The solar constant. Journal of Meteorol,. N 6. 1954.6. M u 1 d e r 8 M. On the energy distribution in the continuous spectrum of the sun. Zs.

f. Astrophys, 11, 332. 1936.

л . Б. КРАСИЛЬЩИКОВ

К ВОПРОСУ о ВИЗИРОВАНИИ ОБЪЕКТИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ ЧЕРЕЗ ЗАМУТНЕННУЮ АТМОСФЕРУ

В статье разбирается понятие контраста применительно к различным приемникам радиации и показывается, что замутнения атмосферы изме­няют условия наблюдения неодинаково для приемников, обладающих различными характеристиками.

Е с л и р а с с м а т р и в а е т с я к а к о й -л и б о у д а л е н н ы й о б ъ е к т д о с т а т о ч н о б о л ь ш и х у г л о в ы х р а з м е р о в , т о е г о в и д и м о с т ь н а о к р у ж а ю щ е м ф о н е з а ­в и с и т о т р а з н ы х я р к о с т е й э т о г о о б ъ е к т а и ф о н а . Э т о р а з л и ч и е х а р а к т е ­р и з у ю т т а к н а з ы в а е м ы м ф о т о м е т р и ч е с к и м к о н т р а с т о м .

О б ы ч н о ф о т о м е т р и ч е с к и й к о н т р а с т ч и с л е н н о в ы р а ж а е т с я в е л и ч и н о й

К = (1 )

г д е B l и В 2 — с р а в н и в а е м ы е я р к о с т и ; п р и ч е м В ; > В г.Э т о в ы р а ж е н и е 'п о л у ч а е т с я в т е о р и и в и з у а л ь н о й видим'О'Сти к а к с л е д ­

с т в и е з а к о н а В е б е р а — Ф е х н е р а , с о г л а с н о к о т о р о м у з р и т е л ь н о е о щ у щ е ­н и е п р о п о р ц и о н а л ь н о л о г а р и ф м у я р к о с т и р а с с м а т р и в а е м о г о о б ъ е к т а

Y) = a + c I n B . (2 )' Е с л и о б ъ е к т , и м е ю щ и й я р к о с т ь В \ , р а с с м а т р и в а е т с я н а ф о н е , и м е ю ­

щ е м я р к о с т ь Вг, т о и з м е н е н и е о щ у щ е н и я я р к о с т и п р и с р а в н е н и и о б ъ е к т а и ф о н а .

dr[ = c — Щ — ( 3 )

и л и ' . ,

= ( 4 )

где

В = - ^ . (5)

Так как разно'сть АВ должна быть невелика, то в прав'ОЙ частивы'ра-В в

ж е н и я ( 4 ) м о ж н о б р а т ь о т н о ш е н и е ' .

И з с р а в и е н и й ф о р м у л (1 ) и ( 4 ) в и д и м , ч т о ф о т о м ет р и ч е 'с 'к и йк о н т р а с т в ы р а ж а е т и з м е н е н и е з р и т е л ь н о г о о щ у щ е н и я , и л и , и н а ч е , р е а к ­ц и и г л а з а .

Д л я о б ъ е к т и в н ы х и з м е р е н и й и л и с р а в н е н и й я р к о с т е й и с п о л ь з у ю т , к а к п р а в и л о , р а з л и ч н ы е э л е к т р и ч е с к и е п р и е м н и к и : ф о т о э л е м е н т ы , т е р ­м о э л е м е н т ы , т е л е в и з и о н н ы е т р у б к и и д р .

128

в этом случае информацию о яркостях,-обычно, эцергетических, по­лучаемую в виде изменения реакции приемника, , нельзя гохардктеризр-: вать величиной фотометрического контраста, так как реакция ;цриемнода устройства подчас вовсе не подчиняется закону Вебера—Фехнера..:;;. ^

Если для объективных приемников лучистой мощности,; так же;вак,и для глаза, найти зависимость реакции от яркости ii= /(B ) , то,даоетулая аналогично тому, как это делают в теории визуальной види,мрсуи, мс)жно найти приращение реакции приемника

d ( 7 ] ) = / ( В ) й Ш . ■'

Характеристики f{B) почти всех индикаторов лучистой М1б1й,ности можно приблизительно описать несколькими простыми выражениями:

= ..... (6 )

f , { B ) = cB^ + a, . i Ш

f , ( B ) = c V ^ + a , ‘ (8)f , ( B ) = c ( l - e - ^ ) - h a . .. ■, , (9)

Полагая, что при малых разностях яркостей, величину с?В можно за­мшить кон'ечными разностями Bi—Вг, выражения для приращений реакции наших приемников по аналЬгйг'с введенным в теории визуаль­ной видимости Понятием кРнтраста назовем контрастами объекта и фона для соответствующих приемников:-.. / ’

/С, = В , - В „ ',(10)

,А-, = е - ' ( В , - В , ) . (13)При наблюдении объекта и фона оивозь слой мутного! воздуха,

осл абляющегр потоки, идущие от них, и по1С.ылающего (собственный поток з а > счет рассеяния или излучения, этот слой оказывает различное.йляя- ние в зависимости от типа приемника. В случае глаза или фотопластинки, служащих приемниками радиации, видимый 1ко;нтраст будет

g (B t — В 2) , ,

где D — накладываемая яркость мутного воздуха.Соответствующие выражения для других приемников согласно их

характеристикам' будут(15)

+ (16)

V B e - + D '

+ (18)

Рассматривая выражения К\*, ■ ■ Ki*, можно видеть, что влияние дымки на величину контраста, введенного согласно выражениям 10—13 для того или иного индикатора, далеко не одинаково. Так, для прием­ника, обладающего линейной характеристикой, подсвечивающее влия­ние дымки не сказывается на величине контраста.

9 Труды ГГО, вып. 100 129

I Действительно, для термических приемников радиации всегда поль­зуются выражением (15). Влияние «подсветки», которую может созда­вать, например, излучение корпуса приемника на приемные площади, благодаря линейности прибора исключается. В иных случаях в зависи­мости от приемника дымка может уменьшать или увеличивать вели­чину контраста.

Для приемника с параболической характеристикой можно указать такое соотнощение между ослаблением и дымкой, при котором, не­смотря на наличие последней, величина контраста сохраняется.

Условие сохранения контраста будет

или

(2 0 )

Если е <С , то

(2 1 )

Другой предельный сл у ч ай ^ е является тривиальным и.дает

а -♦ 0 .Рассмотренные выще соотношения показывают, что безоговорочное

оольз'оваиие понятием фотометрического контраста, определяемого для глаза выражением (1), в случае объективных приемников может при­вести к грубым ошибкам.

ЛИТЕРАТУРА

1. М а р -р о л и н И. А., Р у м я н ц е в Н. П. Основы иифрамрашой тежникя. 1957.2. Ш а р о н о в . В. В. Видимость далеких предметов и огней. Изд, АН СССР. 1944.

л. Б. КРАСИЛЬЩ ИКОВ, А. А. ЦАРЕВСКАЯ

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТРИС ОТРАЖЕНИЯ В СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ 0,6—2,5 [х

В статье описывается установка для измерения индикатрис отраже­ния при искусственном освещении. В качестве монохроматического осве­тителя использован инфракрасный спектрометр ИКС-11. Приемникам служит фотосопротивление ФСА-1.

Изучению от|ражатель'Ной lonoooidiHOcnH природных и искуоственных образований ноовящено мн'ого работ «ак в СССР, так и за рубежом [1, 2, 4, 5, 6, 7].

Следует отметить, что осе больше р'аб'от, 'поовященных этому ©опросу, в последнее время выполняется геофизиками. Это вызвано тем, что зна­ние величины и пространственного распределения отражения требуется для более точного решения задач радиационного обмена, изучения радиационного поля в атмосфере и для решения прикладной задачи наклонной видимости.

;В настоящее время серьезный интерес могут представлять главным образом спектральные характеристики отражения. Ори этом существен­ной для перечисленных выше задач является спектральная область, простирающаяся от ультрафиолета до 2,5—3 (х, т. е. та область, в кото­рой велика энергия солнечных лучей. Наименее изученным в этой об­ласти спектра является пространственное р1аспредел0ниеотражения; Для его изучения нами в настоящее время построена приставка к спектро­метру ИКС-11, которую назвали индикатометром и которая позволяет получать индикатрисы отражения в спектральной области 0,6—2,5 (л для углов отражения, лежащих в диапазоне 10—80° при нормальном паде­нии света на образец.

Спектрометр ИКС-11 используется как монохроматический ■ осве­титель, посылающий пучок света в индикатометр для освещения об­разца.

Принципиальная оптическая схема установки изображена на рис. 1. Источник света {!) посылает световой пучок, который, пройдя спектро­метр, содержащий оптические элементы {2— 12), через выходную щель {13), попадает на зеркало {14) индикатометра, направляющее монохро­матический пучок на образец {17). Образец визируется под разными углами зеркалом' {15), собирающим свет на фотосопротивление ФСА-i.

Зеркала {14) и {15) имеют наружное алюминирование, так что спектральный диапазон работы прибора может быть расширен в инфра­красную область путем замены стеклянной призмы ИКС-11 на кристал­лическую. Световой пучок, прерывается с частотой 100 гц при помощи перфорированного диска {18), благодаря чему в цепи фотоэлемента появляется переменная составляющая тока той же частоты, которая усиливается усилителем переменного тока. Усиленное переменное на­

9* 131

пряжение выпрямляется ори пом'ощи сиихро'Еного детекто-ра [3] и подво­дится к 8-секундному электронному потенциометру ЭПП-09, который ова'бжен специальным отметочным устройствам для отметки длин воля. Отметочное устройство ставит точку «а диаграммной ленте после каж ­дого оборота барабана длин волн ИКС-11.

•Изменение угла визирования образца производится путем поворота стержня, на котором крепится зеркало {15) я фотосопротивление, вокруг оси, лежащей в плоскости образца. Поворот осуществляется реверсив­ным двигателем постоянного тока МС-160: Установка и отсчет угла ви­зирования образца выполняются при помощи простой потенциометриче­ской схемы.

С помощью термостолбика была оценена чувствительность прибора.При работе с неохлажденным фотосопротивлением ФС-А1 одному

Рис. 1. Оптическая схема установки.

миллиметру на ленте самописца при максимальном отклонении каретки соответствует лучистая мощность в 1 • '10~ вт, собираемая на приемной поверхности фотосопротивления. Уровень шумов на выходе детектора при этом ниже, чем порог чувствительности электронного потенциометра.

ЛИТЕРАТУРА

1-. В а ф и а д и В. Г. Оиредвлвние иоэффищиантав диффузного отражвиия в инфракрас­ной части спектра. ЖЭТФ, т. 4, № 8, 809. 1934.

2. З ' з и т о » И. Р., И н д и ч е н к о И. Г. О опектралыиой ошражаггелыной способностинекоторых типов почв. Изв. высш. учебн. эавед. (гео1Д0зи1Я и аэрофотосъемка),в. I. 1968.

3. И м я н и т о в И. М. Динамические методы намерения малых токов. Труды ГГО,вып. 35 (97). 1.952.

4. К р и н о в Е. Л. Опектралшая отр!ажа1твль:ван опоообиость природных образований.Иад. АН СССР. 1947.

5. П у ц е й к о Е. К. Фотоэлектрический метод определения диффузного отражения винфракрасных лучах. ЖТФ, т. 15, 12. 1945.

6. Ю |ров iC. Г. Эавишмоотъ коэффициента яркости некоторых поверхвостей от угланабяющемия и падении из'лучания. ЖТФ, вып. 10. 1945.

7. A s h b u r u Е. У ., W e L d o n R. G. Spectral Diffuse Reflectance of Desert Surfaces.JOSA, V.' 46, N 8. 1956.

о . д . БАРТЕНЕВА, А. Н. БОЯРОВА

ЯРКОСТЬ СУМЕРЕЧНОГО И НОЧНОГО НЕБА

В статье излагаются результаты измерения яркости сумеречного и ; ночного неба при различной глубине погружения солнца под горизонт при ясном и облачном небе. Все результаты относятся к случаям, когда луны нет или влиянием ее можно пренебречь.

При решении задач, связанных с вопросами видимости удаленных предметов и огней в темное время суток, часто необходимо знать рас­пределение яркости сумеречного и ночного неба в зависимости от глу­бины погружения солнца под горизонт., По иаблюденйю распределения яркости ночного неба 'Выполнено н'е-

■'большое количество работ [1, 3, 4], .причем измеренм'Я охваты'в'али далеко не .все случаи, с которыми приходится встречаться при практическом использовании данных. Настояш;ая работа посвящена исследованию

. распределения яркости су,ме1р'ечного я но'чного неба при ра'злич1Ной глу­бине погружения солнца под горизонт при ясном и облачном небе.

Для измерения яркости сумеречного и ночйого неба использ'овалюя фотометр ИФТ-27, разработанный'П. П. Феофил'овым. Принцип действия фотометра состоит в сравнении яркости измеряемой пов'ёрхности с эта­лонной яркостью некоторого светящегося экрана [2]. Фотометр позво­лял измерять яркость от до 10 асб. Для расширения диапа­зона измеряемых яркостей на объектив прибора надевались нейтраль­ные светофильтры, позволяющие измерять яркости до 1000 асб. Люми­несцентный экран сравнения имел зеленовато-голубую оюраоку,'поэтому для уничтожения различия в спектральном составе сравниваемых полей использовался имеющийся в фотометре зеленый светофильтр.

Градуировка прибора производилась на фотометрической скамье с эталонным источником света. Для проверки постоянства градуировки время от времени производились контрольные измерения.

при,измерении малых яркостей точность фотометрирования зависит от (П'ОрО'Га кантрастн'ОЙ чувствительности, который с умеяьШ'ением я'ркости. быстро растет. Так как угловые размеры сравниваемых полей были до­статочно велики, то можно считать, что яркости иорядка 10~'— 10“ асб измерялись с ошибкой , ± 5 —10%, а яркости порядка 10“ аоб — сошяб-: кой ±'1'5% [б]. Яркость шкалы, ио которой производились отсчеты, была в лределах измеряемых яркостей, поэтому адаптация наблюдателя не нарушалась при отсчетах по шкале.

Ошибки измерения при визуальном фотометрировании поверхностей различного спектрального состава при малых яркостях, обусловленные эффектом Пуркинье,были оценены П. П. Феофиловым [2] и Бюлльрихом [3]. Оказалось, что данные о яркости неба, полученные при измерениях 'Сумеречным аппар'атом гл аза— палочкамя, будут иметь более высокие, значения по сравнению с измерениями, выполненными дневным эре.

133

нием — колбочками. Причем ошибка измерения зависит от глубины по­гружения солнца под горизонт и не превышает 30% [2, 3]. Так как в есте­ственных условиях отдельные значения яркости неба при одной и той же глубине погружения солнца для одинаковых условий погоды могут отли­чаться,б несколько раз, то ошибкой такого порядка можно пренебречь.

Измерения яркости неба производились на гидрометстанции Токсово в Ленинградской области в течение июня—декабря. Было произведено 500 серий наблюдений при глубине погружения солнца от —.3 до —45° при различных метеорологических условиях. В каждой серии наблюда­лась яркость неба в 13 точках небосвода по большим кругам альмукан­тарата.; 8 точек по горизонту по азимутам О, 45, 90, . . . , 315°; 4 точки — на высоте 30° по азимутам О, 90, 180 и 270°; в зените. При обработке все результаты наблюдений относились к соответствующим высотам солнца, за нуль принималось направление на азимут солнца под гори­зонтом, отсчеты всех углов'велись от него. Результаты наблюдений по­казали, что в пределах точности измерений имеет место симметричное распределение яркости неба относительно направления на солнце под горизонтом. Поэтому измерения, произведенные в точках, симметрич­ных азимуту солнца, осреднялись.

При измерении яркости неба прибор с помощью специального угло­мерного приспособления наводился на соответствующий участок неба. Поле зрения прибора составляло 10°, поэтому при измерении яркости неба у горизонта охватывалась полоса небосвода вдоль горизонта, про­стирающаяся в вертикалыном направлении от О до Г0°, на высоте 30° — полоса, простираюш,аяся от 25 до 35°; в зените измерялся уча­сток, имеющий форму круга с центром в зените и угловым размером диаметра 10 .

На рис. 1 приведены кривые распределения яркости безоблачного неба в сумерки и ночью, когда луны нет или влияние ее незначительно и им можно пренебречь. Сплошными кривыми показано распределение яркости неба у горизонта в зависимости от угла между направлением на солнце я на на-блюдаемую точку небосвода для различных глубин по­гружения солнца под горизонт. Пунктирные кривые представляют изме­нение яркости неба на высоте 30°. На рис. 2 сплошной кривой показано изменение яркости безоблачного неба в зените в зависимости от погру­жения солнца под горизонт. Совокупность кривых на рис. 1 и 2, харак­теризующих изменение яркости неба по горизонту, на высоте 30° и в зе­ните, дают представление о распределении яркости неба при данной глубине погружения солнца под горизонт. Кривые рис. 1 и 2 являются средними из нескольких дней наблюдений. В разные дни значения яркости неба могут отличаться от приведенных на рис. 1 и 2 в среднем на 30%. В отдельных же случаях при одной и той же высоте солнца яркость безоблачного неба может отличаться в 2 раза. Это следует объяснить колебаниями прозрачности атмосферы в наклонном и верти­кальном направлениях, от которой существенно зависит яркость неба.

Согласно рис. 1, при малых глубинах погружения солнца яркость неба у горизонта в разных направлениях может отличаться в 15—20 раз. По мере погружения солнца под горизонт это различие уменьшается. При глубине солнца —20° и больше яркость безоблачного неба стано­вится практически одинаковой во всех точках по горизонту.•'■ Значения яркости неба на высоте 30° при малых углах погружения

солнца в направлениях,, противоположных азимуту солнца, превышают значения яркости неба у горизонта. По мере погружения солнца под горизонт-яркость н’еба яа высоте 30° приближается по своему З'начаняю к яркьсти неба у горизонта, при —5° совпадает с ней, а в дальнейшем становится меньше ее. Это следует объяснить появлением В' азимуте,

т ■ .

противоположном азимуту солнца, тени земли, которая по мере погру­жения солнца под горизонт поднимается все выше и выше. При глубине погружения солнца больше 5° посветление неба у горизонта по сравне- I

У г о л м е ж д у н а п р а в л е н и е м н а с о л н ц е и н а н а б ю д а е м у ю т о ч к у н е б о с в о д а

Рис. 1. Распределение яркости безоблачного сумеречного и ночного неба в зависимости от глубины погружения солнца под горизонт..

/ — яркость неба по горизонту. 2 — яркость неба на высоте 30°. , .

НИЮ С другими участками небосвода (за исключением области зоревого сегмента) обусловлено рассеянием света в приземном слое атмосферы.

Тень земли достигает горизонта на зоревой стороне с донцом; астро-

т

Iномическйх^сумёрёк, тогда, Kaii это следует из рис. 1 и 2, яркость неба во всех точках йёбосвОДа Дейаёт'ся практически одинаковой и составляет около 2 • 10~® — 3 . 10~2 асб. Кривыми распределения яркости безоблач­ного неба, 'Приведенными на .рис. 1 и 2, можно 'Пользоваться также для неба, 'по'крыто'го 'облачностью 1 и 2 б'алла, при усл'ов'ии, 'всли зордаой сегмецт"сШбЪдён от облаков. .

I Рис. 2. Яркость зенита безоблачного сумеречного и ночного ; неба ■ о в-зависймостй от глубины погружения солнца под горизонт. '

1 безоблачное небо,. 2 —облачное небо (9,[Т01 й 10).

.в табл. 1 приведена яркость облачного неба по горизонту, на вы­соте З0'’' ;ич в зените'в зависимости от углового расстояния от азимута солнца п'{ й Облачности 9, Ш и 10. Пределы колебаний яркости облач­ного неба в З'ёните при различной глубине погружения солнца показаны пунктиром на рис. 2.* того что колебание Облачного нёба при одних и тех жёусЛОШйХ''наблюдений ■ очень велики, ' ё табл.; 1 и на рис, 2 приведены йр1аййиё'значёния’*яркОсти неба, котОрыё имели место в пёриод нашихШ

3 g s «5 о

GJ «

\o(JasЮОp3 .

о sS SCO,

о00

оa

оо

ю о ^ ю ю о ^ ю о’ со 1-ЧО ОС OO ^O gDO O JigO ^CO CDC>) Tf ^ CO r

(N r* OcO lO -^lO^O iOS 2 Й 2 o ' o '

CO 5^a>.12gg g Ю CM ЦИ о co"o"’-^'o '

о o o o o OCDCD сч (M05 CO >ojoogoiO oo^cN io^-ico^''coo"(M o"

1-f S c o S ^ . —Ю o^ co'co C>^<Or-^C^T-hCS -Ф 1--1

о 00 (NЮ <0 C>- *-< 1—I

о

оо00

I

I

§.

о•«

(N T-H oocO liD <N O0(N ^"<o'o’'ca o ’'o*'o’'

О О T-~00 0 ’'<N0’' o ’" 0~

О O^O^O О ^ CD 05 ^*00 О~ q О Ю Ю О Ю Ю cToTcN 1-TcsT o" csT o" (N o" (N CO O'! I—' COЮ СЧ

1-H

o c o Tf r-»oo"co о >-*oCO ^ (N T-«

Ю (N to Ю to (N го ’-'

CO -Ф lO to t- OO OS O W C O 03 1

137

кнаблюдений при различной глубине погружения солнца. Каждая пара чисел получена в результате наблюдений в течение .6—7 дней, соответг ствует максимальной и минимальной яркости и характеризует пределы колебаний яркости облачного неба при одноименных условиях'наблюдё-. ний IB |разиые дни. Можио'считать, что верхнее ч!исло -каждой пэры соответ­ствует облачности верхнего яруса, нижнее — облачности нижнего яруса. При всех других комбинациях облачности по форме ^и высоте яркосп, неба может иметь любые значения, заключенные между указанными в табл. 1. Классифицировать облачность более детально не целесооб­разно, так как в темное врем^я суток определение ее очень затруднено. Тем более, что в большинстве случаев облачность никогда не бывает однородной и при одном и том же общем количестве мОжнО "иметь разные комбинации по форме, высоте и плотности, что, как показали наши наблюдения, будет сильно влиять на абсолютное значение яркости неба.

Согласно табл. 1, яркость неба, покрытого сплошной облачностью, в одних направлениях может быть больше, чём в других, в 1,5—2 раза,, если глубина погружения солнца не превышает 7°. При большей глу­бине яркость неба по горизонту и на высоте 30° практически не зависит от азимута. Причем яркость облачного .неба в зените всегда больше, чем яркость у горизонта. По абсолютному значению яркость облачного неба при одних и тех же условиях наблюдения может меняться на порядок. • :

Для неба, частично покрытого облачностью, нельзя дать распреде­ление яркости по небу так, как это сделано для безоблачного неба и неба, покрытого сплошной облачностью. Распределение яркости по небу в этом случае случайно и будет зависеть целиком' от распределения облачности по небосводу.

В табл. 2 в качестве примера приведены различные случаи распреде­ления яркости облачного иеба, полученные при одной и той же глуб.и«е погружения солнца в разные дни наблюдений. Для каждого случая показаны пределы изменения яркости неба вдоль горизонта '(0°), на вы­соте 30° и в зените. Как это следует из таблицы, никакой четкой зако­номерности получ1кть нельзя, так как все завишт от того, как располо­жены облака по небосводу. Например, при глубине погружения солнца —5° и облачности 7—8 баллов в одном случае, когда зоревой сегмент был открыт и все облака сосредоточились^в сторХ)Не~ противоположной

'заре, яркость неба у горизонта менялась от 150 до 5,9 асб (табл. 2); в другом случае, в один из дней наблюдений; когда облака закрывали зоревой сегмент, яркость неба у горизонта менялась от 5,8 до 1,3: асб. Так же как. и в приведенном примере, при одном и том же количестве облачности в одном-Случае, наиболее темным может оказаться небо у горизонта, в другом — в зените. Вследствие этого при практическом ис­пользовании данных о яркости аумерёчного' и ночного неба удобнее всего ориентироваться по яркости безоблачного' неба и я'ркости неба, покрытого сплошной облачностью, которая даст верхний и нижний пре­делы яркости неба при данном погружении солнца под-горизонт.

Как указывалось выше, все данные о распределении яркости ночного и сумеречного неба относятся к тем случаям, когда луны нет М и влия­нием ее можно пренебречь. Согласно нашим наблюдениям, а также на­блюдениям [1], влияние луны на распределение яркостей начинает . ска­зываться лишь при большой ее высоте, кОгда она находится во'второй или третьей четвертях, и то лишь с наступлением навигационных суме­рек. Распределение . яркостей^ неба, создаваемое'Луной„ как пока'зано в [1], родобно тому, какое создает солнце при той же высоте. Причем аб­солютные значения яркости неба при луне меньше во столько раз, во

138

л - аи ъ£ о

I I

SоогсVcdч

\оо

<ою*

Tf

оясгcdчюо

со(>Глнооа:сгedчюо

нSя

осо

оо

Sя(U

о

оо

S»to

оо

о*ss

i

1>Г Ю С > Д Ю 1-<CN C O O 0 5

CN (М *4*" со"

о>S S 10*с0

I I ( I

050ЮlO C N io "

счс

co c o

I- 12 2

i 1COCM

11 1 Tf 00u f io "

I 1 CO о COt-MCM

1s

1 I !со со

■ rf со**(М о со со"

CN 00 C4CN! I

^ 8

со смI I

О^^СО^О . (N ^ о10 г-< со ^

1 1 ! Iо с о

1 I

сосм

SI I

саю . ^.со со"см, см v-(

I I I I • I - Iо oo o c o

t^O)S S

OlOr-TtC 2 2 CO

00TfCO

Tl"

1C to Tf

I I

^CM.11 I ICMCO

7 7 T 11

I I

.00 cm"00Г-.

I I00 TfCMI I I I

ЮCO

I-ICO CM Oi 00I I I I I

lOCO о CO t> Ю cm »-« ^

CMCO Cvj TfT-H CM *

lO00 CM

Ю CD T f

ooCO

C O —* < o '^ -r-4 t o

1 t§ 3 CO

t > .

ЛЛ 1—(lO

1 1

t oЮ 1 I

CO CM CM CM ^

CM 00 !-• j 1

1 t I 1 t 9 1 1 c n c oT f T-H

1 I3

1 1 1 1 I2 Й

7o <05 •« COC

COI .

Ю CO ~ CD

CM 00CD

1 1^ CO

I 1^ " o "

1 1 Ю Ю

I 18 S

CM00!

о

05ЮCM о i-«

I I IО Ю T f CD SI

I

СМЮc o c o

O CO_^со"см

- , 40 t—' CO T fCM CO CM O'!

I I I I I I I

CM cm’

05 00o " o "

CD,-^ COCO Г-.

cm T f . ^ <N io"c r co"fo"

00 CM CD CO T f CM1-Tco" CM cm" csTcm"1 ^ 1 1 1 1

00 о 00 о CD^OCO T f со" c o c o

CD CO O CM OO CO

{ [cm" cm"

, 1 ( I1 1

CO CD1 1

CM оio "co " CO CO CM cm"

CO CD CD о CMLOCO co"cM CO^Tf T f

CM CD CM CMlo’I co"1

cm"co t 1

T fI

100

1co

1 I CM 00 CM

to ’co" Cd"co" T f

CD Ю O ^Tf T f05 05 1 ) 1-TcM 1 1 CMCsT 1 ( cm"

I1 I 1 1 CM CMCD T f

1 1 r-* ooco"c0

f

CO

оCM

139

сколько нормальная освещенность от луны при соответствующей ее фазе меньше нормальной освещенности от солнца.

Сопоставление данных о яркости сумеречного и ночного неба, полу­ченных нами, с результатами наблюдений Вейнберга и Скрипкарь [1] и [6] показало, что порядок полученных величин один и тот же. Резуль­таты наблюдений Бюлльриха [3] во Франкфурте-на-Майде дали значи­тельно меньшую яркость как облачного, так и безоблачного неба, отли­чающуюся от наших данных в 3—5 раз, что, вероятно, следует объяс­нить разными условиями наблюдений.

ЛИТЕРАТУРА I ■

1. _В е й н б е р г В. В. и С к р и п к а р ь Л. Н. Яркость ночного неба. ЖТФ, т. XV, вып. 6,. . il945. ■2. Ф е о ф и л о в П. П. ЕсиастЬенеая яочная ошеданность и ее эначение .для ввето-

ма|акировоч1ных расчетов.' Труды ГОИ, т. XVII, вып. 125— 129. 1944.: '3. В Uill r i c h К. Die Leuchtdichte des Himmels und die Globalbeleuctitungskarke

wahrend der Dammerung und in der Nacht. Berichte des Deutschen Wetterdienstes in der U. S.-Zone, N 4. 1948. ■

4. K im b a 'll) . H. H. Trans, of the IlJuminating Eng. Soc. XVIII, 5. 1923. ;5. P a r r y M o o n . The scientific basis of illuminating engineering. New York and

London. 1936._6, K o o m e n M. J., L о с к C., P a c k e r D. M„ S e o l n i k R., T o u s e y R. and

H Uil b u r t E. O. Measurements of the brightness of the tw ilight sky. JOS’A, V. 42, N 5. 1952.

Е. П. БАРАШКОВА

ДЛИННОВОЛНОВЫЙ БАЛАНС ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО НАБЛЮДЕНИЯМ В КАРАДАГЕ

В статье рассмотрены связи эффективного излучения земной поверх­ности с метеорологическими факторами, даны корректные данные напря- жёний эффективного излучения и метеорологических элементов за 4 года наблюдений (1953— 1056 гг.). ‘

Под длинноволновым балансом подстилающей поверхности Вд пони­мают разность между длинноволновой радиацией, приходящей от ат­мосферы Е а к подстилающей поверхности и уходящей от подстилающей поверхности в виде излучения £з и отраженной длинноволновой радйа- цией /?д:

5 д= £ 'а — (£'з4-^?д).Обратная по знаку величина —Вд=Э называется эффективным из­

лучением.Длинноволновая радиация атмосферы в Карадаге была исследо- .

вана нами ранее [1]. Сведения о (^з+ ^д) приводятся ниже.Излучение земли. Из пиргеометрических из)мерееий, можно получить

сумму длинноволнового излучения земли и отраженной'длинноволновой радиации на основании соотн^ошения

+ = R , + o T \

где Е„ — показания прибора, обращенного к подстилающей поверхности, R k — коротковолновая отраженная радиация, измеряемая пирано­метром, стТ’ —'излучение черного тела пиргеометра.

Вычисление отдельных слагаемых суммы Ез+Rn затруднено, так как низка точность наблюдений и неизвестна излучательная способность подстилающей поверхности. В данном случае подстилающая поверх­ность была оголенной (глинистый разрушающийся шифер). Сумму

можно представить в следующем виде:' , £ з + /?д = 5 з7 ’4 + . ( 1 - 8 ) .еА.

При, постоянном б и Е а .Бз+'^?д является функцией температуры под­стилающей поверхности Tn = 273°+t„, tn в градусах Цельсия.

В действительности длинноволновая радиация атмосферы безоблач­ного неба в Карадаге меняется в течение года от;0,25 до 0,55 кал/см^ мин., и так как 1 — б. меняется по данным измерении от О до; 0,15, отклонение от баТ'й'* может достигать 0,08 кал/см^ мин., но во всяком случае Я з+^д < оТ*-

Ниже приведены средние значения ^з-Ь^^д для различных для безоблачного и пасмурного неба в ночное и дневное время по наблюде­ниям 1952—1956 гг.

Для сравнения здесь же помещены величины аТ^ при а = = 8,26 «Ш -ч кал/см^ мин. град. Для характеристики точности средних величин пом:ещены их средние квадратические ошибки v.

141

г!„ - 2 0 , - 1 0 - 1 0 - 0 0 - 1 0 1 0 -2 0 2 0 -3 0 3 0 -4 0 40—50 5 0 -6 00,37 0 ,43 0 ,49 0 ,5 7 0 ,65 0 ,74 0,84

Ночь, без- £3 4 - 0 , 4 0 0 ,4 4 ч0,51 0 ,5 9 0 ,6 5облачно V + 0 ,0 0 7 0 ,0 0 4 0 ,0 0 4 0 ,0 0 3 0 ,0 0 3

День, без- E ^ + R ^ 0 ,40 0 ,46 0 ,55 0 ,60 0 ,66 0 ,72 0,76облачно V + 0 ,0 0 6 0 ,005 0 ,006 0,004 0,005 0,005 0,006

День, пас- 0 ,43 0 ,48 0 ,55 0 ,60 0,64мурно + 0 ,0 0 4 0 ,004 0 .004 0,006 . 0,011

Из приведенных цифр следует, что наблюдаемые в ночное время величины E^-\-R^ превосходят излучение черного тела в среднем на 0,01—0,02 кал/см^мин. При этом все величины лежат в пре­делах cr(273+^nih2)^ и ошибку в определении E^+R^^ можно объяснить неточной оценкой температуры прибора и подстилающей поверхности с помощью ртутных термометров. Дневные величины ^з+^^д ниже стГп^— излучения черного тела и различия растут по мере увеличения4 . При этом следует иметь в виду, что дневные наблюдения обладают большими систематическими погрешностями по сравнению с ночными. Наиболее существенная систематическая ошибка днем возникает из-за перегрева деталей прибора. На основании данных X. Т. Тооминга и Ю. К. Росса [7] и Е. П. Барашковой [1], в ночное время она практически не имеет места, а в дневное время для средних величин сводится к ми­нимуму при скорости ветра W > 5 м/сек. При v > 5 м/сек. были полу­чены следующие средние величины £‘з+^?д в кал/см^ мин. (табл. 2),

Т а б л и ц а 2

Т а б л и ц а 1

- 2 0 , - 1 0 - 1 0 - 0 0 - 1 0 1 0 -2 0 .2 0 -3 0 3 0 -4 0

Ночь, без­ ^ э + Л д 0 ,37 0,44 0 ,50 0,58 0 ,64облачно V + 0 ,0 0 6 + 0 ,0 0 7 + 0 ,0 0 5 + 0 ,0 0 4

День, без­ 0,41 0,47 0,54 0 ,63 0 .70облачно у + 0 ,0 0 6 + 0 ,0 0 7 + 0 ,0 0 9 + 0 .0 0 4 + 0 ,0 0 7

День, пас- ^ 3 + Л д 0,44 0 ,49 0,56 0 .64мурно V + 0 ,0 0 4 + 0 ,0 0 3 + 0 ,0 0 7

При этом Средние величины ^з+^^д ночью несколько понизились, а днем при больших увеличились. Разница ночных и дневных вели­чин порядка 0,02—0,04 кал/см^ мин.

Дополнительную ошибку днем вносит неправильный учет отражен­ной радиации, так как к показаниям пиранометра не вводились ни зо­нальная, ни -спектральная поправки. Для оценки зональной поправки были использованы данные Е. Л. Кринова t6] о распределении яркости почвы.

Спектральная поправка была заимствована у Ю. К- Росса [8]. Для ог|0ленной сухой почвы и ясного неба эта поправка равна 0,987, для пасмурного 0,965.

Произведение зональной и спектральной поправок соответственно для дополуденного и послеполуденного Времени для ясного неба 0,94—0,98 и пасмурного 0,92—0,96. Различие дополуденных и послеполуден­ных величин обусловлено ходом поправочного коэффициента на угол падения.

Также нужно учесть, что коэффициент отражения приемных поверх­ностей пиргеометра в видимой области достигает 3—4%, поэтому

142

£з+-^д за счет неправильного учета отраженной радийции могут быть занижены на 5—10%, т. е. на 0,01—0,02 кал/см^ мин. После введения этой поправки различие дневных и ночных величин уменьшается до0,01—0,02 кал/см^ мин.

В дальнейшем при расчетах были взяты средние из ночных и днев­ных, исправленных на отраженную радиацию

- 2 0 , - 1 0 - 1 0 - 0 0 - 1 0 1 0 -2 0 20 - 3 0 3 0 -4 0£ 3 + /? д 0 .37 0 ,43 0,49 0 ,57 0 ,64 0 ,72

Длинноволновый баланс при безоблачном небе. Представив сумму излучения земли и длинноволновой отраженной радиации в виде функ­ции температуры подстилающей'поверхности 4 и используя полученную ранее зависимость длинноволновой радиации атмосферы от температуры

и влажности воздуха е, мы получили возможность рассмотреть зави­симость длинноволнового баланса от tn я е:

Вд (tg , tn, в) = {ts , в) -- {Ез Rn),

Ез R ^ = f (tn).Последнее слагаемое можно- представить в виде суммы Es+R^ при

температуре воздуха и поправочного слагаемого на разность темпера­тур почвы — воздух.

Тогда5 д {ta , tn, в) = 5 * (i B ; е) -\- АВд ,

где Вд — длинноволновый баланс при равенстве температуры почвы и воздуха ABp^=f {tit) ■— Наряду с этим способом для установления зависимости B, от t , е, tn можно использовать величины Вд, получен­ные из срочных наблюдений как разность полного и коротковолнового баланса, г - ;

B, = B - i Q - R J = B - S ' - D + R^, где В — полный баланс, D — рассеянная радиация, S' — прямая радиа­ция ;на шризонтальную. поверхность.

Так как наблюдения производились прибором, затененным от пря­мых солнечных лучей, то непосредственно из наблюдений получаем ве­личину B ^ S ' . В Карадаге эту величин^ 'можно получить как из показа­ний балансомера, так и из показаний пиргеометра. Сравнимость результатов двух различных приборов следует из рис. 1, построенного по наблюдениям 1951 г. при безоблачном небе. В настоящей работе были использованы значения Вд, полученные из пиргеометрических наблюде­ний, При> этом ошибки из-за перегрева деталей взаимно компенси­руются, ошибки за счет неправильного учета отраженной и рассеянной радиации достигают 0,06D — 0,03Z), что приводит к завышению величин длинноволнового баланса приблизительно на 0,01 кал/см^ мин. В табл. 3 представлены средние значения Вд в зависимости от температуры и влажности воздуха. В первых строках даны значения Вд, полученные на основании средних значений В а и Вз+^д, во вторых — осредненныеВд=В Вк.

В табл. приведены поправки на разность температур почва — воздух. Для безоблачного неба Вд < О, в таблице для удобства знак минуса оПущен.

Данные- табл. 1 сравнивались с расчетами М. Е. Берлянда и Т.,Г. Берлянд [2], произведенными по уточненным ими формулам для расчета эффективного излучения при 6=0,95. Их. величины лежат между нашими данными, ход Вд совпадает с е и в. Близкое совпадение тех. и других величин говорит о том, что пиргеометрические наблюдения при значительном осреднении дают теоретически оправданные величины.

143'

. оf A ,

. В табл.\2у дана зависимость от температуры подстилающей поверхности и влажности при средних значениях — 4- Точность при­веденных средних составляет 4—5%. Из данных таблиц видно, что из­менение влажности воздуха играет существенную роль только при ма­лых значениях влажности.

0 , 4

0,3

0 . 2

0 .1V*.' • •• • • ••••И. • •

ОРис.

0 .1 0 , 2 0 ,3 0 , 4 E g - S ^ - E a

1. Связь величин В — S', полученных по балансомеру и пиргеометру.'

Т а б л и ц а З

е м б

£В2 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 1 0 1 0 -1 2 1 2 -1 4 1 4 -1 6 1 6 - 18 1 8 -2 0 2 0 -2 2

- 5 - 0 0,14 0 ,120,11 0 ,0 9

0 - 5 0 ,130 ,10

0,110 ,10

5 - 1 0 0,16 0 ,13 0,120,13 0,11 0,10 0,10

1 0 -1 5 0,140,11

0,120 ,10

0,110,10 0,09

1 5 -2 0 0 ,15 0,13 0,12 0,110 ,13 0 ,12 0,11 0 ,10 0,10 0 ,10

2 0 - 2 5 0 ,17 0 ,15 0,14 0,13 0,12 0,110 ,13 0,12 0,12 0,12 0,11 0 ,10 0,10

2 5 - 3 0 0,17 0,16 0,15 0,14 0 ,120 ,16 0 ,16 0,15 .0,15 0 ,14 0,12

144

Значительное влияние на величины £д оказывает стратификация атмосферы. По данным Одессы, наиболее существенное изменение стра­тификации атмосферы наблюдается в нижнем слое до 500 м. Средний градиент в этом слое связан линейно с разностью температур почва — воздух [1], поэтому нами была рассмотрена зависимость величин при постоянной температуре подстилающей поверхности, и влажности воздуха от разности На рис. 2 представлена эта зависимость прие='12—|13мби^п='14—15° (точки), 24—35° (крестики), 34—Э5° (кружки). Так как разности — 4 растут вместе с 4 , точки, соответствующие раз­личным температурам п, располагаются вдоль одной прямой В = = a + b{t^— ts) с угловым коэффициентом й = 0,01 кал/см^ град., что со­ответствует приблизительно 4аТ~^. Изменение влажности воздуха при­водит к параллельному переносу прямой. Разброс точек на графике

^ s г- 0 , 3

0о

о о ° о оО

^ о- 0 , 2

XX X о

хл X X

!• ••• •

•

1 • , .......... J _________ 1 .................. 1,.__- 5 1 0 1 5 '

Рис. 2. Зависимость длинноволнового баланса от, разности температуры почва— воздух при безоблачном небе.

Н а горизонтальной оси отложена разность

незначителен. Таким образом, влияния стратификации атмосферы доста­точно точно учитывается введением поправки на разность температур почва— воздух.

Т а б л и ц а 4

е мб

2 - 4 4 - 6 6 - 8 8— 10 1 0 -1 2 1 2 -1 4 1 4 -1 6 1 6 -1 8 1 8 -2 0 20—22 2 2 -2 4

- 1 0 , - 5 0,11- 5 , 0 0 ,12 0 ,09 0,080 - 5 0,11 0 ,10 0,10 0,08 f '5 - 1 0 0,11 0 ,11 0,11 0 ,10 0 ,07 0 ,08

1 0 -1 5 0 ,12 0,11 0 ,09 0 ,09 0,10 0 ,0615— 20 0,13 0,13 0,11 0 ,10 0,11 0,09 0,10 0 ,0 92 0 - 2 5 0,13 0 ,13 0 ,12 0 ,12 0,11 0 ,10 0 ,1 02 5 - 3 0 0 ,19 0 ,16 0 ,17 0 ,16 0,14 0 ,14 0 ,1 43 0 - 3 5 0 ,26 0 ,22 0 ,20 0 ,17 0 ,19 0 ,17 0 ,1 73 5 - 40 0 ,25 0 ,22 0,24 0 ,24 0 ,23 0 ,25 0 ,2 4 0,2140—45 0 ,26 0 ,27 0 ,26 0 ,26 0 ,26 0 ,24 0 ,244 5 - 5 0 0 ,33 0,28 0 ,25 0 ,27 0,28 0 ,28 0 ,28

10 Труды гго , вып. 100 145

Влияние облачности на длинноволновой баланс. Веледствйе того что облачность увеличивает длинноволновую радиацию атмосферы, абсо­лютная величина длинноволнового баланса уменьшается и иногда в зим­ние месяцы меняет знак, достигая 0,01—0,02 кал/см^мин.

Для облачного неба длинноволновый баланс можно представить в виде

. 5 д , = Я а (е, h ) / ( « ) — (£ 'з + / ? д ) = 5 * (е, U ) f (п) + АВ' ,т. ё. поправка на облачность /(п), как указывают М. Е. Берлянд [2] и К. Я. Кондратьев [5], вводится к первому слагаемому, характеризу- юшёму велйчину длинноволнового баланса при А^=0. Используя вели­чины Е а д л я , облачного неба, мы получили следуюш,ие отношения длин­новолнового баланса для неба, полностью- покрытого облаками нижнего яруса, Ею к длинноволновому балансу при безоблачном небе Во при п — ^в=0 (табл. 5).

Т а б л и ц а 5

[ £ а - (£ з + -??ж) ][ £ д - (£ з + Р ) ]с

е '

2 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 1 0 1 0 -1 2 1 2 -1 4 1 4 -1 6 1 6 -1 8 1 8 -2 0

0 - 55 - 1 0

1 0 -1 51 5 -2 02 0 -2 5

0,360 ,23 0 ,08

0,25 0 ,090 ,42 0,36

0,540,270,50

0'200,45

0,100,40

приведенные значения говорят о том, что влияние облачности растет с увеличением абсолютной влажности при ^B=const и убывает с увеличением при const.

Так как рост температуры обычно сопровождается ростом влаж­ности, то влияние их частично компенсируется. Из сопоставления сред­них величин Вд,, полученных как разность В—Вк, следует (табл. 6) такой

Вже ход отношения с е и t, хотя величины отношения отличаются отt>0приведенных выше.

{ В - В ^ ),0 {В - В ^ )„

Т а б л и ц а 6

е

4 - 6 6 - 8 8 - 1 0 1 0 -1 2 1 2 -1 4 1 4 -1 6 1 6 -1 8 1 8 -2 0 2 0 -2 2

0 - 5 : 5 - 1 0

1 0 -1 5 1 5 -2 0 ' 20 - 25:

0, 27: 0 ,200 ,32 0,28

0,460,280,26

0,64 0 ,540 ,66

0 ,390,63

0,280,45

0,100,40

146

Для климатологических расчетов необходимо знать среднемесячные

величины отношения , поэтому ниже приводятся среднемесячныеД •

величины длинноволнового баланса по наблюдениям 1952—1956 гг. для безоблачного неба и неба, полностью покрытого облаками нижнего

яруса, на основании которых были подсчитаны величины отношения — .

Следует учитывать, что .величины и 5° соответствуют несколько различным значениям 4, гп, е и средние получены из разного числа случаев.

Отношения — — при А^=0 можно оценить по этим же данным,

исключив АВ из. средних Вд для паомурного и ясного неба (табл. 7).Т а б л и?ц а 7

I II III IV V VI VII. VIII IX X XI XII

Б е з о б л а ч н о

- B t 0,11 0,11 0 ,13 0 ,15 0,17 0,18 0 ,18 0,18 0 ,16 0 ,14 0,12 0,11е 4 ,6 3 ,8 5 ,8 7,1 11,4 16,4 17,9 16,9 14,0 12,0 7 ,5 5,1te 1.1 3 ,3 3 ,6 10,1 15,5.. 21,7 24,8 23,5 20,2 15,3 4 ,9 1,2tn 0 ,4 2 ,7 6 ,8 14,5 23,8 32,5 32,6 31,6 25,4 18,6 6 ,2 0 ,8

Числослучаев

53 44 106 92 166 211 352 345 322 179 95 70

П а с м у р н о

- В д 0 ,02 -0-,02 0 ,03 0,05 0,07 0 ,0 7 0,09 0 ,07 0 ,04 0,04 0,03 0,02е 6 ,6 6 .0 6 ,2 8 ,3 12,7 16,0 19,0 18,8 13,7 12,5 7 ,9 6 ,5

3,1 1,5 2 .5 8 ,0 13,2 18,1 22,0 22,0 16,2 13,5 5 ,7 2 ,63 ,4 2 ,2 . 4 .3 10,7 17,7 22,0 27,2 24,0 18,6 15,0 6,1 2 ,6

Числослучаев

169 . 136 147 103 48 44 15 15 22 100 208 209

Ниже даны отношения , полученные: 1) непосредственно срав­

нением среднемесячных величин Вд для безоблачного и пасмурного неба, 2) после исключения АВ, 3) сравнением средних при облачном небе с рассчитанными для безоблачного неба по метеорологическим дан­ным, соответствующим облачному небу (табл. 8).

Т а б л и ц а 8В 10

К

I И III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год

1 0,18 0 ,18 0,23 0,32 0 ,41 0 ,39 0,50 0 ,39 0 ,25 0,29 0 ,25 0,18 0,302 0,20 0,13 0,10 0 ,25 0 ,40 0,37 0 ,45 0 ,55 0 ,17 0 ,27 0 ,27 0,17 0,283 0 ,20 0 ,2 0 0 ,10 0,30 0 .40 0,30 0,50 0 ,60 0,18 0,30 0 ,27 0,20 0,294 0,23 0,19 0 ,18 0 ,29 0 ,59 0,41 0 ,47 0 ,53 0 ,30 0 ,24 0,24 0,17

Второй и третий случаи имеют одинаковый годовой ход и мало отли­чаются по величине. Для сравнения в четвертой строке приведены дан­

10* 147

ные М. С. Чумаковой [9], полученные по наблюдениям в Карадаге пиргео­метром Савинова—Янишевского в 1936—1939 гг. для эффективного

излучения прибора при = —6°. Среднегодовые значения — ^, ■ - • Д

несколько выше полученных у Н. Г. Евфимова [4] для широт от 40 до 50° Применение при расчете месячных сумм эффекпивиого излучения оредне-

годовых значений — — должно привести к существенным ошибкам,д.

так как ореднемесячные величины составляют iot 0,33 до 2,10 сред­

негодовых.: Зависимость длинноволнового баланса от количества нижней облач­

ности п исследовалась на основании наблюдений 1951;—1952 гг. при Hq 0. При этом были получены' следующие средние величины.

Т а б л и ц а 9

п О

Вд ...................... •. . -0 ,1 0 7V ................................... ±0 ,001

Число случаев . . . 204

1,00КК

0,76

1 2 3 4 5-

- 0 ,1 0 3 - 0 ,0 9 9 - 0 .0 9 6 - -0 ,092 - 0 ,0 8 30,003 0,003 0,004 0,003 0,004

49 51 50 32 23

0,98 0,95 0 .90 0,87 0,81

7 8 9 10

- 0 ,0 6 9 - 0 ,0 7 3 -0 .0 5 5 - 0 ,0430,005 0,004 0.005 0 ,002

24 39 39 301

0,70 0 ,62 0.52 0,40

п 6

Вд .......................... .... -0 ,0 8 1V . ....... .................... .... 0,004Число случаев . . .. 28

Кв о .- -

Кроме того, для оценки влияния облачности были использованы дневные и ночные наблюдения 1953—1956 гг.

Чтобы ограничить влияние е я на величины 5д, зависимость бд от п исследовалась в определенных интервалах tn, я е. На рис. 3

приведены средние значения при ^п==^в=5 — 10® и е = 5 —

— 10,(/), 4 - 4 = 1 0 - 2 0 и е = 1 0 - 2 0 (2), 4 - 4 = 2 0 - 30 и е =В"

= 15 — 25 (5), откуда видно, что с увеличением t я е при rt = const-----К

увеличивается.В результате осреднения кривых, полученных для разных диапазо­

нов t я е, Мы получили величины, близкие к приведенным выше:П 0 1 - 2 3 4 5 6 7 8 9 10

— 1,00 0 ,9 8 0 ,94 0,91 0 ,88 0 ,84 0 ,79 0 ,75 0,68 0 ,55 0 40в о . , ■ . . . . . . .

Полученные средние величины — мало отличаются от данныхД

148

м . с . Чумаковой [9] и рассчитанных по формуле 1 —■ сп^ при с=0,70, при­меняемой М. И. Будыко, Т. Г. Берлянд и Л. И. Зубенок 3]. Следует от­метить, что напБИ Данные относятся к ииж- ■ ■ней облачности, тогда как данные указанных aiBTioipoB— к о'бщей.

Для овднки (ВЛИЯНИЯ общей облачности •были иопользо'ваны средние, велич1ииы Вд и п, приведенные в табл. 3. Характерно, что вычисленный на оюно'вааии метео|роло1гиче- оиих данных- табл. 10 дл!инноюол1во!вы1й ба­ланс безоблачно'го .неба при Д^=0 практи- чесни остается по'стояиным во iBice 'йрокй и меоя'цы. Таким об!р'а!зом, суто'чный и годовой хо|Д Вд вызван изменением раз1Ности темпе­ратур ino4Bia—воздух. Причем, как былО' по­казано выше, Вд изменяется линейно с изме­нением tu — в- Так как появление облачно- 'Сти 'приводит' только к изменени'Ю Вд*, линейный харттер зависимости Вд от 4 —4 должен сохраниться и для облачного неба.Изменение облачности должно привести к параллельному переносу прямой. Рисунок 4 подтверждает этот вывод. На рисунке дана зависи­мость Вс от п — для п = 2 (кружки), 6 (крестики) и 10 (точки) баллам.

Юп

Рис. 3. Зависимость длин­новолнового баланса от ко­личества облачности при разной температуре и влаж­

ности воздуха.

Для общей облачности величина отношения

чем для нижней.л О 1 2 3 4 ' 5 6

несколько меньше.

10

^ 1,00 0 ,94 0,86' 0 ,80 0 ,70 0 ,6 4 0 ,55 0 ,50 0 ,40 0 ,30 0 ,18ВО

Из табл. 10 следует, что в течение суток максимум |Вд| наблюдаетсяв -ароки 1C наибольшей высотой солн­ца. Годовой Вд в ночное В'ремя (О час. 30 мин.) составляет всего0,04 кал/|С'м2 мин. В дневное время (12 час. 30 мин.) средние значения Вд 'измен'яются: в течение пода от -н0,07 в яйваре до —0,28 |Кал/см2 мин. в июле; майаимальны'е 'значе­ния Вд также соответств'уют манои- мальны'м высотам солнца.

Зависимость длинн01В'0лн0В01Г0 ба­ланса 'ОТ высоты солнца можно ■объяснить тем, что суточный ход р1азности tn — обусловлен главным oiQpiaaoM измевением температуры подстилающ'ей поверхно'сти. Темпе- р'атура подстилающей. 'поверхности растет за 'Счет 'поующенной коротко- вол1Н'о1вой радиации, 'приход «оторо'й зависит от высоты: солнца. На рис. б предста1влена за'вясим'ость Вд

от высоты солнца Hq - На одну кривую B^=f{hQ) легли значения Вд, со'ответствующие разному времени года и суток.

Рис. 4. Зависимость длинноволнового баланса от разности температуры почва—воздух при разной облачности. Н а горизонтальной оси отложена разность

— п*

149

Т а б л и ц а 10

С редние значения длинноволнового баланса, облачности, тем пературы и влаж ности. Карадаг, 1953—1956 гг.

Месяц Названиеэлемента

Время, ч. м.0 30 1 6 30 9 30 1 . 12 30 j! 15 30 18 30

I - 0 ,0 5 - 0 , 0 5 - 0 ,0 7 - 0 ,0 7 - 0 ,0 6 - 0 ,0 4е 6 ,2 6.1 6,1 6 ,5 6 ,6 6 .24 1.8 1,8 .2,7 3 ,3 3 ,5 2 .3

0 ,7 0 ,4 2 .6 6 ,5 4 ,3 1,4 .«0 7.1 8 ,2 8.1 8 ,5 8 ,8 7 ,6% 5.1 5,1 5 ,2 6 .2 5 ,0 5 .2

Число случаев 86 97 85 80 91 . 88

II - 0 . 0 4 - 0 ,0 4 - 0 ,0 8 - 0 ,0 8 - 0 , 0 6 - 0 ,0 5е 5 .8 5 ,6 5 ,7 6 ,0 5 ,8 6,1

0 .9 0 ,3 ■ 0 .7 1.9 1,8 0 ,9in — 1,2 ' 2 ,4 6 .6 3 .4 0 ,2«о 8 ,7 8 ,4 8,3 8 .2 8 ,0 7 ,4«н 5,2 5 .1 , , 4 ,8 4 ,4 5 .4 4 ,5

Число случаев 61 70 .6 1 56 68 68

III 5д - 0 ,0 6 - 0 , 0 6 - 0 , 1 0 - 0 , 1 2 - О .П - 0 , 0 8е 5 ,7 5 ,4 6 .0 6.1 6 ,3 6.14 1,9 1,5 3 .6 4 .6 4 .2 3 ,0

0 .3 0.1 8 .2 14,0 10.4 2.8«0 5 ,9 7 .7 7 .6 7 .0 7 .2 6 ,0

4 ,3 5 ,6 . 5 .7 • 4 ,6 4 .8 3 .8 ;Число случаев 95 81 75 77 76 94

, IV ^д - 0 ,0 6 - 0 , 0 8 - 0 .1 5 - 0 ,1 8 —0.14 - 0 , 0 9е 7 ,7 7 ,5 9 ,8 11.0 10,9 10,3к . 7 ,8 ■ 7 .8 8 ,4 8,5 8 .6 8 .4tn 6 ,7 ■ 7 ,9 19,0 24,0 2 0 ,4 . 9 ,4«0 •5,8 7 .0 6 .9 7 .0 7 .2 7 .3«н 3 ,5 4 ,2 3 ,8 3 .7 3 .3 3,1

Число случаев 103 82 77 78 83 ■;:ip6

V / ^д - 0 , 0 8 - 0 ,1 1 - 0 . 2 2 - 0 .2 6 - 0 .2 2 - 0 .1 3е 10,6 11,3 12,6 13.0 13.1 12,6К 12,9 14,1 15.8 17.0 16,6 15,2tn 11,-8 17.7 31.0 39.0 33 ,2 ■18,6«0 3 ,7 6.1 6 ,0 5,8 5 .5 5 ,9«н 1.8 3,1 2,8 2,3 2,1 1,6

Число случаев 100 97 78 78 80 109

VI В , - 0 , 0 8 - 0 .1 4 --0 ,2 2 - 0 ,2 7 - 0 ,2 2 - 0 ,1 3е 15,5 16.0 17.4 18.0 18,4 17,2ts 18,6 21.0 22.8 23,0 22,6 21,3tn , 17,9 24.0 39,5 44,8 40 ,3 26,2«0 2 ,8 4 ,3 3 .9 5,1 4 .7 5 ,0"н 1,9 . 1,7 2 ,0 2 ,4 ■ 2,1 2 ,2

Число случаев ПО 85 88 82 82 94

150

Месяц Названиеэлемента

Время, ч. м.

О 30 6 30 9 30 12 30 15 30 I 18 30

V II

V III

IX

X

XI

XII

еК

Число случаев

еиtn«о« н

Число случаев

е

L

Число случаев

е

Число случаев

В ,е

t„

Число случаев

5де

Число случаев

- 0 , 0 915,921,620.4

: 1 .70 ,7

115

- 0 ,0 915,722.4

■21,01.7 1,0

122

- 0 ,0 912.5 17,315.6

1.7 1,1

120

- 0 ,0 711.5 13,211.64 .4 2 ,6

118

- 0 ,0 57 .4 5,13 .76 .7 4 ,9

102

- 0 ,0 66 .02 .4 0 .8 6;0 4 ,3 94

- 0 , 1 416,922,825 .4

2 ,20 ,8

103

- 0 ,1 216.7 22,623.72 .4 0 .9

100

- 0 ,1 113,017.4 16,6

2.8'1.4

102

- 0 , 0 711.8 12.6 11.36 .4 3 ,6

109

- 0 , 0 57 .44 .53 .37 .4 . 5 ,9

■ 99

- 0 , 0 5'5 .9

■ 2 ,0 0 ,3 7,1

: 5 ,4 102

- 0 ,2 418.525.739.33 .2 1.8 98

- 0 ,2 318,026.333.0

2 .6 1,1 90

- 0 , 2 014.420.830.6

2 ,4 1.1

100

- 0 ,1 213.216.721.0

6 ,23 .6 97

- 0 ,0 88,16 .38 .47 .75 .2 95

- 0 ,0 66 .53 .53 .78 .35 .5 95

- 0 ,2 819.2 26 „546.2

3 ,8 2 ,2 90

—0,2719.227.040.5

3,1. 2 ,0 77

- 0 , 2 415.022.1 37,9

3 .5 2,0 95

- 0 ,1 613,016,426.2

5 .73.1

100

- 0 ,0 98 .27.1

11.67 .55 .2

100

- 0 ,0 66 .74 .56 .8 '8 .3 ' 5,2

102

—0,2219.525.640.2

3 .6 2,1 98

—0,2319,526.440.5

3 .01.4 82

- 0 ,1 814.621.331.3

4 .22 .2 97

- 0 ,1 213.413.820.9

5 .83.1

100

- 0 ,0 78 .46 .8 8 ,07 .64 .8

103

- 0 , 0 7 6 . 7 :4 .04.17 .8 5 .0 95

- 0 .1 518,524.228 .3

, 2.5- ' 1,1

95

- 0 . 1 218.424.326.4

2 .9 1,3

107

- 0 ,1 113.4 18.8 19.03 ,61,8.

118

- 0 ,0 812,213,813,35 .23 .0

117

- 0 , 0 68 .05 .95 .06 .33 .9

100

- 0 .0 56 .33 .1 ■' 1 ,6 ' 6; 6 4,4" .98

151

Суммы длинноволновой радиации. Средше эначения Вд из табл. 3 были использованы для оценки средних суточных 2^ и средних месяч­ных сумм 2 ^ , которые приводятся ниже.

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год

Sd 78 77 120 151 215 226 223 230 202 137 89 832 ,4 2 ,2 3 ,7 4 ,5 6 ,7 6 .8 6 ,9 7,1 6,1 4 ,3 2 .7 2 .6 5 6 ,0

(Чумакова) 2 ,5 3 .2 3 ,8 3 .7 4 .7 4 .7 5 ,2 4 ,9 4 ,8 5 .0 4 ,2 2 ,0 48.6(Евфимов) 3 .7 3 .7 5 ,0 4 .6 4 .9 4 .9 6.0. 5 ,3 5 ,3 5,1 4 ,2 3 .4 56,1

Рис. 5. Зависимос-гь длинноволнового баланса ■ от высоты солнца при разной облачности.

Для сравнения здесь же приведены суммы, подсчитанные для Кара­дага М. С. Чумаковой [9] и Н. Г. Евфим'овым [4]. В зимние месяцы наши суммы ниже, чем у этих авторов, в летние—^выше. Расхожде­ние вызвано, во-первых, тем, что их данные относятся к эффективному излучению прибора, во-вторых, тем, что средние Вд, полученные для ноч­ного времени, были распространены на дневное время (Чумакова). Годовой ход месячных сумм во всех трех случаях одинаков. Годовая сумма, полученная Н. Г. Евфимовым, совпадает с нашей. Сравнение наблюдений в Карадаге с данными других пунктов будет произведено в дальнейшем.

152

выводы

1. Наблюдаемая в Карадаге зависимость длинноволнового баланса при безоблачном небе от температуры и влажности воздуха и разности температур почва-—воздух 'близка к зависимости, установленной Т. Г. и М. Е. Берлянд.

2. Влияние облачности на величину длинноволнового баланса зави­сит от температуры и влажиоспи воздуха, в результате чего наблюдается значительный годовой ход отношения длинноволнового баланса при облачном и безоблачном небе. Для средних условий завпсимость длин­новолнового баланса от количества облаков близка к полученной М. G. Чумаковой и представляемой формулой 1 — сп^ при с=0,70.

3. Зависимость длинноволнового баланса от разности температур почва—воздух представляется линейной функцией с угловым коэффи­циентом 0,01 кал/см^ мин. град.

4.' Средние месячные суммы отличаются от полученных ранее Чума­ковой и Евфимовым.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б а р а ш к о в а Е. П.. Завиаимость длинноволнавой радиации атмосферы от метео-ролагачвскик усл01вий. Настоящий оборвк .

2. Б е р л я н д М. Е. и Б е р г я я я д Т. Г. Определение эффеюпивното излучения землис учетом виияния 01&ла1чво1СБИ. ,Изв. АН ССОР, ееряя геоф. № 1. 1952.

3. Б у д ы к о М. И., Б е р л я и д Т. Г., З у б е й o i k Л. И. Тепловой баланс поверяности.30М1ЛИ. Изв. АН СССР, серия геоф. № 3. 1954.

4. Е to фи'МО в Н. Г. Величины сумм зффектив1Н0го излучения для некоторых пунктовОССР и некоторые величины, характериаующ-ие эффективное излучение при об- лач1но!сти. Тр'уды. ГГО, вып. 26(88). 1951.

5. К о и д р а т ь е в К. Я- Лучистый теплообмен в атмосфере. Гидрометеоиадат. 1956.6. К р и н о в Е. Л. Спектральная отражательная €поообность природных образований,

Иад. АН СССР. 1947.7. Р о с с Ю. К- и Т 'о о м и е г X. Г. Oi6 иамчрааии радиационных пютокгав при оо-мощи

пиргеометра Яиишевюиого. Труды. ГГО, вып. 61. 1956.8. Р 'о с с Ю. К. Об из1мерении радиации дтирлеометрами Янишевского. Изв. АН ЭССР,

т. 6, 'серия техн. и .фив.-мат. raaiyK, № I. 1957.9. Ч у м а к о в а М. С.'К методике приближенного расчета иапряженвя и сумм «очного

эффективного иэлучения. Метеорология и гидрологая, № 4. 1947.

Е. п. БАРАШКОВА

ЗАВИСИМОСТЬ ДЛИННОВОЛНОВОЙ РАДИАЦИИ АТМОСФЕРЫ ОТ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Исследованы некоторые систематические ошибки пиргеометрических измерений й на основании наблюдений в Карадаге при скорости ветра больше 5 м/сек. установлена зависимость длинноволновой радиации атмо­сферы (противоизлучения) от' влажности, температуры воздуха, разности температуры почва—воздух и облачности. Произведено сравнение величин, наблюдаемых в .Карадаге, с вычисленными: по диаграмме Ш ехтер' для Одессы. . . : ’ ■

В настоящей статье для установления зависимости длинноволновой радиации , атмосферы от метеорологических элементов . использованы пиргеометрические наблюдения в Карадаге за 1951—1956 гг., результаты расчетов на основании температурного зондирования в Одессе за 1955 г. Под длинноволновой радиацией атмосферы мы понимаем часть длинно­волнового излучения атмосферы, направленную к земле и поступающую на горизонтальную поверхность, расположенную на высоте 1,5 м.

1. Методы измерений. В Карадаге длинноволновая радиация атмо­сферы определялась на основании пиргеометрических измерений. Для этой цели был использован эффективный пиранометр Янишевского № 3104 и 3140 с гальванометром № 681 850. При горизонтальном распо­ложении прибор измеряет разность радиации, поступающей сверху от небесной полусферы и снизу от «черного тела», температура которого измеряется. В Карадаге эффективный пиранометр установлен горизон­тально. При наблюдениях действие прямой радиации исключалось затенением прибора. В этом случае показания прибора 8в определяются разностью между E-{-D к аТ‘, где Е — длинноволновая радиация атмо­сферы, D — рассеянная радиация, aT‘ — излучение черного тела. Вели­чина D определяется из одновременных пиранометрических измерений. Зависимость показаний эффективного пиранометра от скорости ветра учитывалась при обработке применением переводных множителей, опре­деленных при различной скорости ветра. Переводные множители опреде­лялись по методу солнце — тень при горизонтальном расположении приемника. При обработке использовались средние для данной скорости ветра V значения переводного множителя а,,. Точность их, по данным градуировок 1951—1952 гг., характеризуется следующими цифрами:

V 0 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 S 5 - 6 6 - 7 12Дг, 0,0344 0,0361 0,0362 0,0374 0,0382 0,0386 0,0386 0,0406

а + 0,0019 0,0012 0,0018 0,0017 0,0012 0,0020 0,0012 0,003050/о 5 ,5 3 ,3 5 .0 4 ,5 3 .1 5 ,2 3,1 7 .4

£3 — средняя квадратичная ошибка, 8 =_ 100ч

154

Длинноволновая'радиация атмосферы, являясь алгебраической сум­мой 8в, D и аТ^, включает ошибки в оп.рёделении всех трех величин.

Из работ Ю. К. Росса [6] известны систематические оигабки в опреде­лении рассеянной радиации.

Причинами систематических' ошибок в. определении эффективной радиации 8в могут быть: селективность чувствительности приемных поверхностей и лерегрев деталей «черного тела», вследствие чего темпе­ратура воздуха под нижней.и над верхней приемными поверхностями различны. Различие углов затенения пиранометра й пиргеометра могут вносить дополнительные погрешности в величину Е.

По данным 3. А. Логиновой и Ю. Д. Янишевского [5], в длинноволно­вой области приборы менее чувствительны, чем в коротковолновой, приблизительно на 7—8%.

Нами были измерены коэффициенты отражения приемных поверх­ностей эффективного пиранометра на спектрофотометре СФ-2М в об- ласти'от 0,4 до 0,75/nii,. Коэффициент отражения в этой области практи- чеоки постоянен и для различных образцов (трех) меняется от 3 до 4,5%-.

Перегрев деталей черного тела’эффективного пиранометра, по дан­ным Ю. К. Росса [7], зависит от скорости.ветра. Для Карадага была ис­следована зависимость разности температур прибора 4» и воздуха. 4 от скорости ветра для ночного и дневного времени. Ночью эта разность не превышает. + Г 'и убывает с увеличением скорости ветра. Днем она быстро растет с уменьшением скорости ветра, достигая 4—5° при ско­рости ветра меньше*!-м/сек. Днем при скорости ветра v > 5 м/сек. раз­ность находится в пределах+1,5°.

Средние значения разности 4р —4 при различной скорости ветра помещены ниже. -

V • О 1 2 3 . 4 5 6 7 8 9 10 11пр — 3 5 ,0 3 ,0 2 ,0 1 ,4 0 ,7 . 0 ,5 0 ,4 0 ,3 0 ,3 0 ,2 0 ,1 0,1

Таким образом, влияниеоерегрева, начиная со окороотиветра в 5 м/сек., несущественно. В дальнейшем при рассмотрении зависимости В от влажности, температуры и других элементов будут использованы только, те наблюдения, которые получены при v м/сек.

Различие в углах затенения пиранометра и эффективного пира­нометра аг меняется в зависимости от высоты и ’азимута солнца. Для пиранометра ai = 10°, для пиргеометра,. закрепленного, неподвижно в направлении восток—запад, что им;еет место iB. Карадаге,

о W 1 ' ^«2 = 2 arctg\ 2 У Р -Ь г2-+ 2lrcos h Q cos р

Здесь I — длина стержня теневого экрана г — расстояние между центром приемной поверхности и точкой закрепления теневого стержня, а — диаметр теневого экрана, Hq — высота солнца, Р — угол в горизон­тальной плоскости между направлением ручки прибора и проекцией стержня теневого экрана. При азимуте солнца A q = + 9 0 р = 0, 180°.

Наибольшие отклонения аг -от стандартного угла зрения, равного 10°, наблюдаются при Л0 = +90° и -низких высотах солнца, когда аг соот­ветственно равно 17,4 и 8,4°.

В утренние часы на пирге'ометр действует меньшее количество рас­сеянной радиации, чем на пиранометр, в вечерние — наоборот. Разность

. ДЛ = 2л: созг Г 5 (6) sin 0rf6,

' iгде б— углрвое .расстояние от :центра солнечного диска, зенитное

• 155

расстояние солнца. Для оценки AZ) необходимы данные но распределе­нию рассеянной радиации в околосолнечной области В (0).

Имеющиеся в настоящее время данные различных авторов приводят к противоречивым- результатам.

Влияние AD на величину Е максимально и противоположно по знаку в утренние и вечерние часы, но сравнение средних величин при одина­ковых высотах и влажности в дополуденные и послеполуденные часы не дает систематического расхождения в величинах Е. Это говорит о том, что AD лежит в пределах точности определения Е.

2. Сравнение с рассчитанными величинами. Ранее [1] нами было про­ведено сравнение значений, полученных на основании пиргеометрических измерений и рассчитанных по графику Е. Д. Ковалевой [4]. Для ночных величин было получено удовлетворительное совпадение, для дневных систематическое расхождение. Частично это расхождение вызвано ука­занными 1выще систематическими ошибками, 'возрастающими днем, а ча­стично может быть, обусловлено тем, что график Е. Д. Ковалевой рас­считан для определенного распределения водяного пара и температуры, а отклонение от принятой стратификации учитывается введением по­правочных множителей, определяемых по разности температур почва— воздух.

Чтобы избежать ошибок, вносимых несоответствием предполагаемой и действительной стратификацией атмосферы, целесообразно сопоставить величины Е с рассчитанными непосредственно по диаграмме Ф. Н. Шех­тер [8].

Для Карадага нет данных температурного зондирования, поэтому прямого сопоставления с результатами расчетов по диаграмме сд^елать невозможно. Для прямого сопоставления мы использовали результаты наблюдений Одессы, где имеются пиргеометрические наблюдения и тем­пературное зондирование. Карадагские наблюдения были сопоставлены с расчетными косвенным образом, путем сравнения полученных зависи­мостей длинноволновой радиации от метеорологических элементов. При вычислении по диаграмме была использована методика, изложенная в [2].

Сопоставление величин длинноволновой радиации для Одессы, рас­считанных Е* и полученных из пиргеометрических измерений Е, пред­ставлено на рис. 1. Как и при сравнении данных Карадага с графиком Ковалевой, наблюдается меньшее расхождение, величин Е* ъ Е ночью

(средняя величина отнош ения^ =1,04), чем днем, к о г д а о к о л о 1,12.

Близкое оовоадение измеренных и раосчитанных величин для ночйого времени говорит о достаточной точности пиргеометрических измерений ночью.

На основании рассчитанных значений £* можно сделать ряд других выводов. •

1. Из сравнения 'Длинноволновой радиации всей атмосферы и ниж­него слоя 1,5—500 м при безоблачном небе следует, что нижний 500-мет­ровый слой обусловливает 86—88% радиации всей атм10сферы.

2. При безоблачном н'ебе средняя зависимость длинноволновой радиа-оо —

ции атмосферы от поглощающей массы Wco= ( gpdz, где р —s'

давление, р — плотность воздуха, q —■ удельная влажность,. в наблю­даемом интервале Шоо от 0,4 до 3,0 г/см^ нредставляетоя формулой В* = = 0,301gcOoo + 0,41; Е* — в кал/см^ мин. (рис. 2). Так как на основании измерений в Одессе между величинами Шоо« е абсолютной влажностьюЛ56 .

у но‘ВврХ1»ости земли наблюдается л'инейн'ая «оррелящия (коэффициент корреляции г =0,963) между Е и е должна наблюдаться аналогичная завиаимость.

3. Разброс точек на рис. 2 вызван влиянием температуры. Изменение

Рис. 1. Связь вычисленных по диаграмме Шехтер (£*) и полученных из пиргеометрических измерений (£) величин длинноволновой радиации.

а — день, б — ночь; 1 — безоблачно, 2 — облачно.

, температуры воздуха на высоте 1,5—2,0 м от 15 до 25° при 1<^®;со^З приводит к увеличению приблизительно на 10%- На рис. 2 штрихо­выми линиями представлена зависимость Е* (Шсо) при различных тем-

0.50,4

0.30 ,2

'0 ,1

------------- 30' 'X

----------------— — — ^0________________________ _______________ 10

О 0,5 ХО 1.5 2 ,0 2,5 Шоо

Рис. 2. Зависимость длинноволновой радиации от поглощающей массы для -безоблачного неба.

пературах для изотермической атмосферы. Крестами нанесены средние значения Е по наблюдениям в Карадаге. Для перехода от абсолютной влажности е к поглощающей массе w<x> был использован корреляционный график, полученный для Одессы.

е 4 6^со 0.58 0,88 1,08

101,44

121,75

142,00

162,34

18 ■2,64

202,94

157

4. Длинноволновая, радиация, рассчитанная н а’ основании данных о действительном вертикальном распределений Температуры и влаж­ности £*, незначительно отличается от результатов, полученных для изотермической атмосферы Е^з*. ■ ■ = ■

Из 60 рассмотренных случаев при безоблачном небе 'в 8 случаях Е* ~-----Ei------ не превышает 0,5%, в 17-^1, © 22 — 2,-в 7 — 3, 'в 6 — 4.

ИЗ ,

Так как нижний 500-метровый слой обусловливает 86—88% всей длинноволновой радиации атмосферы и основное различие в профилях температур паблюдается в этом слое, то естественно искать связи Е*

р— С г р а д и е н т а м и т е м п е р а т у р в эт о м сл о е .

-1,0-0.8-0,6-0,4-0,2^ : 0,99

0,2 ОА ОД 0,8 1,0 Y

Рис. 3. Зайисимость отношения длинноволновой, радиации реальной и изотермической атмосферы от среднего градиента температуры в слое 1,5—

500 м для безоблачного неба.

П,5'средние градиенты Уср =

от 1 до —1°.

На рис. 3 дана зависимость

500 в слое от 1,5 до 500 м меняются

Е*от Yep- При Ycp = —1'°£*из

«0,01 кал/см^мин., при Vcp=l° —0,017 кал/см^ мин.Т. В. Кириллова и Е. Д. Ковалева [3] при введении поправок к про­

тивоизлучению атмосферы, определениОму. по наземным дарным, ис­ходили из предположения о линейной связи температурных градиентов в слое О—500 м с разностью ■температур, почва—будка, 4 ~ 4- ’

Результаты наблюдений в Одессе' подтверждают их предположение. Но так как обычно пиргеометр устанавливается на высоте 1,5—2,0 м и радиация, действующая на прибор, относится К слою > 1 ,5 м, мы срав- пили градиенты, средние для сло'я ,'Г,5—1500; м, с разностями; 4 — 4- Между этим,и величинами также наблюдается зависимость,'но отличная от линейной. Приблизительную оценку влияния стратификации атмо­сферы на величину можно производить на основании разности темпера­туры 4 — 4.

5.. На основании температурного зондйрования в пасмурные дни была

158.

рассчитана длинноволновая радиация для неба, полностью закрытого облаками среднего и нижнего яруса, и условно ясного неба Ео*.

■ Е* ■

Величина отношения меняется от 1,1 Г до 1,42 и определяетсяЕо

главным образом величиной поглощаюшей массы при условно ясном

небе, так как наблюдается лучшая корреляция с Шоэ, чем с темпе-0

£*рату.рой и (высотой ш жней лраницы облака. Завиаимость— ^

^0от rwoo (представлена -на рис., 4. . Объясняется это тем, что влия-

£*ние стратификации «а величину —^ несущественно. В 60 случаях

ИЗ 71 отклонение отношения от подобного отношения для изотер-О

1,3

1.2

1,1

, , 0 0,5 1,0 ... 1.5 2,0 2,5 3,0Рис, 4. Зависимость отношения длинноволновой радиации пасмурного и

. безоблачного неба, от . поглощающей массы.

мической атмосферы не превосходит + 2 % , ; а максимальное отклонение 5% наблюдается только в 5 случаях. Для изотермической атмосферы

Я*— — определяется отношением, логарифмов поглощающих масс w, по-

^0глощающая масса для облачного неба принимается постоянной.

3. Наблюдаемая зависимость Е от е, ts, tu — и облачности по дан­ным Карадага. При расомотрении средней зависимости длинноволновой радиации атмосферы от абсолютной влажности у поверхности земли для всех случаев безоблачного неба мы замечаем существенное различие ночных и дневных величин Я при e = Const. Причем это различие нельзя объяснить влиянием температуры, так как дневные Е ниже ночных. После выборки из дневных наблюдений случаев со скоростью ветра "У > 5 м/сек. это различие становится незначительным.

В табл. 1 помещены средние значения дневных и ночных значений Е для всех наблюдений и для- наблюдений, 'происходивших 'при скорости ветра V > 5м/сек.

Т а б л и ц а 1

е . 2 4 б' . 8 ' 10 12 14 16 18 20 22 24Ночь

Е 0 ,29 0,35 0 ,40 0 ,44 0 ,47 0 ,50 0,51 0 ,53 0,54 0,55 0 ,55 0 ,55Я ( г /> 5 м/сек..) 0 ,29 0 ,34 0 ,39 0 ,43 0 ,46 0 ,50 0,51 0 ,52 0 ,54 0 ,55 0 ,55 0,55

Е 0 ,20 0 ,2 7 0 ,32 0 ,35 0 ,39 0 ,42 0 ,44 0 ,45 0,45 0 ,46 0 ,47 0,47День

£ (и > 5 м/сек.) 0,28 0,33 0,38 0.42 0,44 0,47 0,49 0,51 0,53 0,54 - -

159

при этом получается полное совпадение средних Ё при и > 5 м/сек. со средними Е*, рассчитанными для Одессы (рис. 2). Это свидетель­ствует о том, что систематические ошибки пиргеометрических наблю­дений днем при скорости ветра и > 5 м/сек. сводятся к минимуму.

Отклонение отдельных значений от средних вызывается как случай­ными ошибками, так и влиянием температуры.

o i0.5

0 ,4

0,3

0 .2

0,1

3 0 - 3 5 ° 2 0 - 2 5 1 5 -2 0 ■1045 О - 5

- 5 - 0

8 12 16 2 0 2 4 3 0 е

Рис. 5. Зависимость длинноволновой радиации от абсолютной влажности при различных температурах по наблюдениям в

Карадаге при безоблачном небе.

При рассмотрении зависимости £ от е в различных интервалах тем­пературы воздуха (—5, 0; О—5, 5—10,..., 30^35) мы получили семей­

ство кривых £‘= /(е ) , которое аналитически можно представить формулой \gE = 'a \ge+ b (рис. 5), где 6 — линейная функция темпера­туры в .наблюдаемом ди ап а зоне температур.

На ри!с, 6 точками представлены средние значения Е при е='10 тб 'я при разных темпе­ратурах, кружками — рассчитанные для изо- термичеакой атмосферы лри ®oo = l,5 г/ом^, что соответствует при'близ'ите.яьно е=10 м'б.

На основания вышесказанного о 'Связи ср'ед- них фадиентю© "температур в слое 1,5—500 м с разностями . темвдратур почва—воздух,чтобы учесть влияние стратификации атмо- аф'бры, мы сопоотавили величины Е с разно­стями /п — 4-

К сожалению, нет достаточного количества наблюдений при постоян­ной влажности и температуре и скоррсти ветра > 5 м/сек., чтобы устано­вить точную количественную зависимость Л.от Приблизительный

20 10 О 10 20 30 401

Рис. й. Зависимость длинноволновой радиа­ции от температуры при

е= 1 0 мб.

ход отношения~ ®

на основании 115 наблюдений при безоблачном, небе следующий. 4 - в —4 - 2 О 2 4 6 8 10 12 14 16

Карадаг-= 0

Е*О десса

tn

=0

1,02 1,02 1,00 0 ,99 0 ,98 0 ,97 0 ,9 6 0 ,9 6 0 ,96 0 ,96 0,95

1,02 1,01 1,00 1.00 1,00 0,99 0,99 0,98 0,98 0,97 0,97

160

- (вДля Сравнения здесь же помещены зависимость отнощения ,iu~*B = 0

полученного по диаграмме Шехтер, от — U для, Одессы.Таким образом, величина длинноволновой радиации безоблачного,

неба будет определяться совокупным действием температуры, влаж- :ности и разности температур почва—воздух. ,

: _ Облачность является дополнительным фактором, влияющидГна вели­чину Е. '

На основании наблюдений при и > 5 м/сек. были получены зависи­мости Е от абсолютной влажности для неба, полностью покрытого облаками нижнего £■', среднего и верхнего В " 'яруса , и сравнены с аналогичной зависимостью для безоблачного неба. Средние значе­ния Е для разных случаев помещены в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

НочьЁ"Е"'-оЕ'Е"Е'"^0

День

0 ,350 ,320 ,29

0 ,380,350 ,3 00 ,28

40,420 ,420,360 ,3 4

0 ,430,410 ,360 ,33

60 ,4 60 ,440 ,4 00 ,39

0 ,460 ,450,410 ,38

0,480,470,430,43

0,480 ,480,430 ,42

100,500,490,450,46

0,500,500,450.44

120,520,510,470 ,50

0,520,520,460 ,47

140 ,540 ,520,480,51

0 ,540,540,470 .4 9 .

160,560 ,530 ,490 ,52

0„560 ,560 ,480,51

180 ,57

200 ,5 7

220 ,58

0 ,5 4 0 ,55 0 ,55

0 ,57 — -0 ,58 - -

Отсюда получаем следующие значения отношений

0,53

Е .Ео ■

0 .5 4 -

Т а б л и ц а 3

е 2 4 6 8 10 12 , 14 16 18Ночь £ ' /£ „ — 1,23 1 ,28 1,11 1,08 1,04 — — —

Е"1Е, 1,21 1,23 1,13 1,08 1-,06 1,06 1,02 — —Е'"1Ео 1,10 1,06 1,02 1,00 ■ — — — — —

День E '/E q 1,36 1,30 1,21 1,14 1,13 1,11 1,10 1,09 1,08Е'ЧЕ^ 1,25 1,24 1,18 1,14 1,13 1,10 1,09 1,08Е'"1Ео 1,07 1,09 1,08 1,02 1,02

Е ’На основании приведенных значений видно, что отношениерастет с уменьшением абсолютной влажности, достигая 1,25—1,36 при е = 2 мб.

Влияние облаков среднего и нижнего ярусов практически одинаково, начиная с е = 6 мб. Облака верхнего яруса играют заметную роль

Е " 'только при низких значениях е, когда о т н о ш е н и е — около 1,08—1,09.Е'Полученная зависимость отношения -щ- от е соответствует получен­

ной ранее зависимости — от Шоо-

При отыскании зависимости от количества облачности п необхо­димо учитывать зависимость этого отношения от абсолютной влаж­ности. На основании имеющегося в нашем распоряжении материала можно сделать только предварительные выводы о характере зависи-

£Г £ fмости от п: при больших значениях е отн о ш ен и е-^ практически

линейно растет с п, при малых значениях е, начиная с п = 7 , линейный

11 Труды гго, вып. 100 161

х а р а к т е р и зм ен ен и я с п н а р у ш а е т с я , н а б л ю д а е т с я б о л е е б ы с т р о е

возрастание ' ( 1 ^ )dn с п.

Такие же пределы изменения наблюдаются и при вычисле- В табл. 4 приведены средне-нии их по среднемесячным величинам,

месячные величины £ за О час. 30 мин. по материалам наблюдений 1953—^ 1956 гг. Здесь же приведены средние значения температуры воз­духа 4 , влажности е и облачности п. По средним и е были на основа­нии приведенных выше соотношений Е, U -а е определены средние зна­чения Ео для безоблачного неба.

Т а б л и ц а 4

Месяц £ /£ о

IИ

IIIIV V

VIVIIVIII

IXX

XIXII

0 ,420,430,410 ,450,470,520 ,540 ,540,490,480 ,440,42

6 ,25 .75 .77 .7

10,615.5 16,015.612.511.6 7 ,4 6 ,0

1,80 ,91,97 ,8

13.618.6 21,6 22,317.213.2 5,1 2 .4

0 ,74,10 ,36 ,7

11,817,920.4 21 ,0 15,611.5 3 .60 ,8

-7 ,18 .7 5 ,95 .73 .72 .81.71.8 1,7 4 ,3 6 ,5 6 ,0

5.15 .24 .33 .5 1,81.9 0 ,7 1,0 1,12 .64 .94 .3

0,350,330,360,380,420,470,490,500,450,430,370,35

1,201,301,141,181,121,101,101,081 ,091,121.191.20

Отношение отражающее влияние среднемесячной Облачности,таким же образом изменяется с изменением е.

Следовательно, при жлиматологичеоних расчетах Необходимо учи­тывать годовой ход поправочного коэффициента на облачность, связан­ный с годовым ходом абсолютной влажности.

выводыНаиболее сушественным источником систематических ошибок пир­

геометрических измерений является перегрев деталей «черного тела», влияние которого значительно снижается при скорости ветра о > 6 м/сек.

Значения длинноволновой радиации, полученные по диаграмме Шехтер, в среднем выше^ полученных из пиргеометрических наблюде­ний на 4% ночью и на 12% днем.

В Карадаге при безоблачном небе наблюдается систематическое за­нижение дневных величин длинноволновой радиации по сравнению с ночными при одинаковых значениях абсолютной влажности. По'сле вы­борки наблюдений при и > 5 м/сек. различия не наблюдается.

Зависимость Е от аУоо, полученная для Одессы на основании рас­считанных величин, совпадает с зависимостью для Карадага, получен­ной на основании пиргеометрических измерений при и > 5 м/сек.

Отклонение атмосферы от изотермической приводит к изменению Е в среднем на ±3%- Приблизительный учет влияния стратификации атмо­сферы можно производить по разностям температур почвы и роздуха.

Сплошная облачность среднего и нижнего ярусов может увеличить длинноволновую радиацию в 1,10—^1,40 раза. Влияние облачности, зави­сит от абсолютной влажности, а потому меняется в течение года.

162

1. Б а р а ш к о в а Е. П. О дневном минимуме противоизлучения. Труды ГГО, вып.46(108). 1955.

2. Б о р у ш к о И. С., К и р и л л о в а Т. В., К о в а л е в г а Е. Д., Л а й х т м а н Д. Л..Ц е й . т я н Г. X., Ш е х т е р Ф. Н. Рувовюицсиво гао гарещвычислению темпера­туры иовиржноош почвы в отдельной точке. Труды ТГО , вьш. 27 (89). 1951.

3. К и 'р и л л о ® :а Т. В. .и К о ' в а л е в а Е. Д . О йведаиии пооравок ири определенииэффеитивиого ивяуче1ния и пронивоязлучения .по иавемным данным. Труды ГГО, вьш. 27(89). 1951.

4. К о в а л е в а Е. Д , О расчете эффективного излучения земной noBepiXHOcra и про-тйвюиалучевия ашмосфары. Труды ГГО, вып. 27(89). 1951.

5. Л о г и н о в а 3. А. и Я и и ш е 1В|С1Ки й Ю. Д. Иапы.т1ание балансомеров и пиргеоомет-|рш. Тр!у|ды ГГО, вып. 46(108'). 1955.

6.' Р о с с . Ю . К. Об иаме1рвнии рааиащия 1гаир1анометр|ами. Изв. АН Зет. ССР, т. 6,Йерия теин, и |физ.-м.ат. иаук, № 1. 1957.

7. Р о с с Ю. К. Об измерении радиационных потакав при помощи пиргео-метра Яни-шевскош. Труды ГГО, вып. 61(123).

8. Ш е X т е р Ф. Н. К вычислению лучистых потоков в атмосфере. Труды ГГО, вып.22(84). 1950.

Л И Т Е Р А Т У Р А

11*

д. л. ГРИЩЕНКО

О НЕКОТОРЫХ ОШИБКАХ МОРСКИХ СУДОВЫХ АКТИНОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

В статье рассматриваются причины возможных ошибок и способы их учета для получения доброкачественных актинометрических наблюдений.

Кроме погрешностей, учитываемых при обычных актинометриче- оких наблюдениях, в случае измерений на воде необходимо учитывать ряд дополнительных источников ошибок. Некоторые ошибки можно исключить при внимательном отношении к организации наблюдений. К ним относятся: влияние вибрации судна и отработанных газов при работе двигателя, попадание брызг на прибор, влияние неустановив- шегося температурного режима прибора при подводных наблюдениях, нёдо'статочная герметичность прибора и др.

Опыт организации актинометрических наблюдений с судов имеется в части измерения некоторых элементов радиационного режима.

Вл. А. Березкин [1] и В. В. Шулейкин [9] производили наблюдения с судна над прямой и суммарной радиацией. Для измерения альбедо БОДЫ П. П. Кузьмин [4] и А. В. Сметанникова [7] использовали плоты с выносом альбедометра над поверхностью воды с помощью стрелы. П. П. Кузьмин измерял с плота также подводную радиацию. Наблюде­ния над альбедо воды Л. Ф. Форш [8] производились с пристани, с лод­ки, стоящей на якоре. Б. А. Бузовкин [2] для наблюдений над прямой, рассеянной и суммарной радиацией с судна использовал переносный кардановый стол, а отраженную радиацию измерял с помощью альбе­дометра, укрепленного на четырехметровой стреле, жестко устано­вленного у фальшборта.

При необходимости вести наблюдения не только над коротковолно­вой радиацией, но и над длинноволновой вопрос организации актинометрических наблюдений над водой осложняется. А. Г. Пон­сов [6], например, для организации наблюдений с судна предлагает по­строить стрелу, яа конце которой поместить альбедометр и жестко закрепить балансомер и эффективный пиранометр, другой конец стрелы укрепить к борту так, чтобы можно было поворачивать стрелу в ту или другую сторону. Такое предложение нельзя считать удовлет­ворительным, так как жесткое крепление’буДет вызывать значительные ошибки в наблюдениях за счет негоризонтальности приемных поверх­ностей приборов. Особенно велики ошибки будут при малых высотах солнца.

Крепление стрелы с борта судна даст также значительные ошибки за счет затенения и подсветки бортом, а также за счет деформации волнения и образующейся яа ходу судна пены. Кроме того, при жест­ком креплении во время качки судна приборы будут перемещаться

164

вверх и вниз, что вызовет вертикалыное их oidAyBaHHe. Это дает допол­нительную ошибку при измерей^1ях радиационного баланса морской поверхности. Чтобы избежать подобных ошибок, на кардановый подвес должен быть помещен не только альбедометр, но и балансомер, эффек­тивный пиранометр, а также и вся стрела с приборами. Очевидно так­же, что величина выноса стрелы должна быть установлена такой, чтобы корпус судна, имеющий иную температуру, чем окружающая, среда, не оказывал влияния на прибор при измерении длинноволновой радиации, а также был бы возможно больше исключен эффект под­светки и затенения бо1ртом судна. Большая высота борта, влияние его температуры и отражающих свойств требуют установки очень длинной стрелы, что практически весьма трудно осуществить. Кроме того, вынос актинометрических приборов на длинной стреле в сторону от судна усложняет введение достоверных поправок к показаниям балансомера на ветер, так как скорость ветра и его отруктуру при этом следует из­мерять на стреле около прибора, а не на судне. Стрелу с приборами следует устанавливать на носу судна.

Наблюдения над прямой и суммарной радиацией по опыту [1], [2], [9] следует производить с судна. Для измерений рассеянной и отражен­ной радиации, а также радиационного баланса, как показал опыт Карадагской актинометрической обсерватории, целесообразно оборудо­вать специальяую лодку.

Однако судно должно быть оборудовано так, чтобы в случае невозЛ можности спускать лодку на воду из-за волнения наблюдения за рас- | оеяиной и от|раж1е1нетой,радиацией мо'жно было бы производить и с cy®Hia. |

В Карадагской актинометрической обсерватории для наблюдений/ в море была специально оборудована лодка [3].

Для уменьшения ошибки, возникающей из-за негоризонтальности П|рибора, на конце стрелы, кроме альбедометра, был помещен на карда- новом подвесе также и балансомер. Большая эффективность карда- нового подвеса, удерживающего стрелу с приборами, достигалась изменением массы подвеса при различных периодах колебания лодки на волнах.

Имеется и другая группа возможных ошибок, которые устранить полностью трудно: неточность установки прибора в горизонтальном по­ложении, влияние надстроек судна, затенение или подсветка при изме­рении суммарной и рассеянной радиации, подсветка и затенение корпусом судна при измерении отраженной радиации, влияние допол­нительного температурного излзщения корпуса судна при измерении длинноволновой радиации, вертикальное обдувание балансомера за счет изменения структуры ■ потока ветра корпусом судна и вертикаль­ного перемещения прибора, при подводных наблюдениях — затенение воды и прибора корпусом судна и т. д.

Некоторые из указанных выше погрешностей попытаемся определить или оценить хотя бы приближенно.

1. Погрешности, возникающие при нарушении горизонтальной уста­новки прибора. Рассмотрим, какие могут быть ошибки в измерениях 5' (прямая солнечная радиация от поверхности воды на горизонтальную поверхность) и R' (отраженная прямая солнечная радиация от поверх­ности воды на горизонтальную поверхность) за счет наклона пирано­метра.

Из рис. 1 следует, что при наклоне прибора на угол а погрешность в определении s' может быть получена в следующем виде:

As' . sin аtg Л © ' •

165

Отсюда яолучим, что при наклоне пиранометра на 1° относительная ■ошибка в зависимости от высоты солнца будет иметь следующие значе­ния;

Л©

As'?7-0/о

60

1

50

1,4

30

3

15 10

10

5

20

2

50

Ошибка от наклона лрибора не должна превышать ошибки отрчетаsin а. Ш Asпо прибору, поэтому -др

по шкале, N

Отсюда sina <

t g * o , где AN — точность отсчета

отсчет по шкале. ANtg hQ

N •

Рис. 1. Влияние наклона при­бора, ка определение прямой

солнечной радиации.

'Таким образом,: мы получили предельно допустимый угол наклона как функцию точности отсчета по шкале. Подсчеты по этой формуле

дают iB большинстве (случаев то дан­ным реальных наблюдений а<1°. От­сюда следует, что горизонтальное

(положение пираномет1ра 'следует обе- спечивлть так, чтобы ошибка не пре­вышала 1°. При этом условии ошибка от негоризонтальности пиранометра не выйдет за пределы ошибки отсчета по прибору.

'Благоджря двойному кардаяовому подвесу колебания лодки (не вызывают за1мет1но)по отклонения пр'ИбМ1ной ио- ве(ряности от горизоюталыного положе­ния (до волнения в 3 балла), и даже при (НИЗКОМ положении 'оолнца стрелка

гальванометра не дает заметных отклонений, связанных с колебаниями пр(и(бора.

Для определения величин угла наклона, не заметного на глаз, были проделаны специальные опыты с несколькими наблюдателями. Прибор укреплялся на теодолите в горизонтальном положении. Теодолит ста­вился на прочный столик на берегу моря. Во время опыта прибор на­клонялся в ту или другую сторону с помощью микрометрического винта.

Наблюдатель, заметив наклон, сейчас же сообщал об этом я указы­вал, в какую сторону наклоняется прибор. Наклон прекращался микро­метрическим винтом, производилась поверка правильности замеченного направления наклона и брался отсчет угла наклона. Результаты наблю­дений приведены в табл. 1.

Как видно из таблицы, возможные 0ш)ибки при отклонении от гори­зонтальности прибора «влево» и «вправо» рав(ны около 30', а «вперед» и «назад» не превышают Г или в среднем около 45'. Следует при этом учесть, что ЭТО крайние заметные положения наклона. При обычных наблюдениях по прибору наиболее вероятны значения, равные примерно половине полученных нами крайних отклонений, т. е. меньше .30'.

2. Учет затеняющего влияния лодки на показания прибора, обращен­ного приемником вниз. В актинометрии при наблюдениях на суше по­добных вопросов не возникает, так как места для наблюдений выбира­ются без затенений и поэтому ошибки от затенений обычно отсутствуют. Однако необходимые для расчетов формулы можно найти в фотометрии, где они (выведены применительно к требованиям светотехвики [5].

166

Т абли ца 1

НаблюдательЕдва различимые наклоны

влево вправо вперед назад

А 30 3 0 ' 1°30' 1°30 30 30 130 30 1 15 30'50 30 1 15 45

■Среднее 35 30 1 8 49

Б 30 30 1 1 3045 . , 30 1 30 140 45 50 ■ ' 130 35 1 40

. .€редиее 36 .35 1 5 1 2

в 30 30 30 5030 30 45 145 30 1 1 1040 40 50 45

Среднее 36' ; ,32 46 56

С реднее йз всех наблюдений

36 32 1 56

В светотехнике рассматриваются не относительные затенения, созда- ъаемые преградой, а относительная освещенность, создаваемая диффуз­ным излучателем определенных угловых размеров. Поэтому нам приш­лось несколько 'видоизменить эти формулы применительно к нашей задаче, исходя из того, что между относительной освещенностью и зате­

рп с:ненностью существует простая зависимость, а именно е = Ё—. где Еп —ПС

относительная освещенность создаваемая диффузным источником излучения данных угловых размеров, £nc — освещенность, которая была бы -создана таким же источником, имеющим угловой размер ‘:2я, т. е. в виде полусферы.

Относительная затененность, т. е. относительное уменьшение потока излучения в'следствие затенения в пределах известного телесного угла «

-ПС

Исходя из вышеизложенного, расчет произведем при ^следующих услб- виях: радиация изотропна; лодка абсолютно черная; форма лоДкИ в проекции с носа — вертикальный прямоугольник ABCD, верхняя грань которого на уровне прибора (рис. 2).

. Коэффициент, затенения (относительное уменьшение отсчета), т. е.~ ъ определяем, пользуясь методом Винера [3], по следующей формуле:

(1 )

Подставим числовые значения размеров лодки и установки приборов н а ней (рис. 2).

167

Ширина лодки 1,6 м, высота прибора 0,7 м, вынос прибора 3 м. Находим значения углов aiaa и р в формуле Винера

tgp = |g = 0,2333, р = 1 3 °1 , cos 0,9738;

tg«r^а д

'з .о = 0,2666, :14°56, ai рад = 0,260;

0,8■tg “ 2 - 32 _|_ 0,72 — 0,2597, «2 — 14°33, «2 рад — 0,254.

Следовательно, относительная погрешность измерения отраженной радиации за счет затенения корпусом лодки

ARR = 0,31831 (0,260 + 0 ,2 5 4 X 0 ,9 7 3 8 ) = 0,16.

В действительности эта погрешность значительно меньше, так каклодка не -является черной поверхно­стью. Падающая на нее радиация отражаетоя и создает догоолнитель- «ую (подсветку П1иран01метра, ком­пенсирующую затенение. Эта по­грешность меньше также и в силу того, что в действительности зате­няющая площадь'лодки меньше, чем прямоугольник ABCD.

Радиация, отражанная л'одкой, может быть определена из (следую­щих ооображений: ва вертикальный борт лодки па(да'бт половина рассеян­ной (радиации (неба нетоаредственно-' и отраженной от воды при нашем допущении о ее изотропности. Так как борт лодки, о!б1ращ0нный к при­

бору, освещается солнцем, к раосеянной радиации следует приба(вить прямую радиацию, падающую (непоюрсдственио на вертикальную ,по(ве|рх- ность и отраженную от воды,

■ лодки [0,5(/?B + Z)) + (l

Рис. 2. Влияние лодки на показания прибора, обращенного вниз.

ft) 5 COS А] Л (2 )

где Z ) рассеянная радиация неба, — отраженная от воды рассеян­ная радиация, — альбедо поверхности воды для прямой солнечной радиации.

Рассмотрим 4 случая расчета по фармуле (2) радиации, отраженной бортом при белой и черной окраске и при различной высоте солнца. Данные о прямой и рассеянной радиации возьмем из наблюдений в без­облачный день 23/IX 1957 г. При A q = 7,6°, s = 0,49, D = 0,05, а при Й0 =43,9°, s = l ,2 5 ,‘ D==0,13 кал/см^ мин. Примем, что Лр=10%,Л 7 ,е - 45%, ^ 4 3 ,9 = 3%, Л б = 60%, Л ч ^ = 4 % ( Л р — альбедо воды для рассеянной радиации, A ,5 — альбедо воды для прямой солнечной радиа­ции при А© = 7,6°, Л43,9 — альбедо воды для прямой солнечной радиации

при Й0 == 43,9°, Лч — альбедо черной краски борта лодки, Лб — альбедо

белой Красин борта лодки). Результаты вычислений /?лодки предста­влены в табл. 2.

От всего /?лодки на прибор падает лишь часть, равная коэффици-

168

Т а б л и ц а 2

Белый борт Черный борт

А© = 7 .6 “ й © = 43 ,9° Л© = 7 ,6° й © = 43,9°

0.43 0 ,60 0.03 0 .04

биту затенения, определенному выше и в раоомотренном примере =0 ,16 .

Следовательно, величина подсветки от борта лодки зависит в основ­ном от его цвета, мало зависит от Л© и лежит в пределах от 0,6 X ОД6 = = 0,096 до 0,03 X 0,16 = 0,0048 кал/см^ мин.

а)

Рис. 3. Затенение рассеянной радиации лодкой при измерении лучевого потока, про­никающего в воду.

а — в разрезе, б — в плане.

Величины относительных ошибок от подсветки бортом при измерении отраженной радиации с учетом яркости закрытого уча1стка неба приве­дены в табл. 3.

Т а б л и ц а 3

Белый борт Черный бор т

Й 0 = 7 ,6 “ А© = 4 3 ,9 “ Л© = 7 ,6 “ Л 0 = 43,9°

27.50/0 1490/0 - 1 .4 % -2 8 .3 0 /0

тОтсюда следует, что для уменьшения ошибки борт не нужно окра­шивать в крайние тона — белый и черный. Наиболее подходящим будет какой-то промежуточный, по-видимому, шаровой матовый цвет. В действительности в нашем случае в силу того, что радиация от под­светки падает на прибор под малым углом (<^13,8%), а площадь под­светки меньше площади ABCD почти в 2 раза, полученные ошибки будут меньше приведенных в таблице примерно в 10 раз. Аналогич­ным образом можно подсчитать и влияние длинноволновой радиации нагретоло корпуса судна, на показания балансомера.

д. Учет затенения рассеянной радиации днищем и носом лодки при измерении радиации, проникающей на разные уровни в воду.

169

Расчет будем производить, исходя из схемы, приведенной на рис. 3, тде а — угол закрытия небосвода носом лодки, р — угол закрытия лод- тсой горизонта.

Предположим, что имеем кольцеобразное затенение от многих лодок. Это затенение пропорционально отношению площади кольца к пло-' :щади круга

Я/-2 _ I t ( г COS а)2 1 „------------- Ц-------- — = 1 — cos^ а.Jt/-2

в плане лодка загораживает часть горизонта Поэтому от всего кольцевого затенения берем эту часть и полное затенение будет

, , , \

При этом делаем допущение, что коэффициент проникновения рас­сеянной радиации в воду не уменьшается с уменьшением угла падения, а остается постоянным и рассеянная радиация в воде <в пределах угла

•ее падения на пиранометр изотропна. Допущение это'Приводит к некото­рому преувеличению ошибки.

При установке пиранометра у поверхности воды ошибка в нашем слу- ■чае составит:

tg “ = P = 0.35, tg - I = . ^ = 0,40.

а .= 19°20'. р = 43°40'.

Подставляя значения а и р в расчетную формулу, получим, что ’■е' = 0,0132. Таким образом, относительная погрешность при самом высо­ком положении пиранометра несколько больше 1%.

При пиранометре, опущенном на большую глубину, расчет прихо­дится !вести на затенение от всего днища лодки.

В этом случае е' = где «дн — площадь горизонтальной проекциилодки, Н — глубина погружения прибора, так как относительное затене­ние будет равно отношению площади горизонтальной проекции днища

-ЛОДКИ к площади круга радиуса, равного расстоянию от пиранометра до лодки, т. е. глубине погружения прибора.

8 1В нашем случае 5дн = 5 X 1.6 = 8 м , Я — 20 м, е' = “3 4:20 ~ 150’

т. е, относительная погрешность менее 1%.4. Учет влияния столба тени от лодки на результаты измерений рас­

сеянной радиации под водой. Под лодкой образуется затененный участок в виде столба тени, имеющего в поперечном разрезе приблизительно размеры лодки. Столб этот бывает различной длины в зависимости от прозрачности воды. Теряется он на глубине полного рассеяния прямой

«солнечной радиации. Раосеянная радиация, идущая к ^пиранометру от объемов воды, расположенных ло другую сторону столба тени, ослабля­ется за счет поглощения и вторичного рассеяния. Некоторое увеличение яркости столба тени происходит за счет раосеянной радиации, подступа­ющей со всех остальных направлений в столб тени. Таким образом, точ­ное определение затенения, производимого столбом тени, отличается большой сложностью, особенно', если учесть, что прямая солнечная ра­диация, проходя сквозь шероховатую поверхность, образованную вол­нами, практически перестает быть параллельной.Ш

Для ориентировочного учета затенения можно считать, что в напра­влении столба тени на пиранометр падает поток радиации, ослабленной в зависимости от прозрачности воды и размеров столба тени.

В нашем случае, при размерах столба тени 1,6м X 5 м (длина и ширийа лодки 5 м X 1,6 м), непосредственные визуальные наблюдения позволяют приближенно оценить снижение яркости в направлении столба тени на 50%. Худший случай затенения будет, если солнце на- ^содится в зените, т. е. тень наиболее близка к пиранометру.

Для вертикального столба тени, если принять его ярко!Сть ориентиро­вочно вдвое меньшей, чем яркость в других направлениях, по формулеВинера [3] затенение (рис. 4) будет равно sin^a. Из формулывидно, что максимальная ошибка возможна при наибольшей глубине о'пускания пираном:етра, 'Когда угол близок к 90°, а sin^a «=; 1 и затенение

а4ти/ . 'В наш ем случае это

1,6 = 6,4% . ----- --■составляет е=•При глубине гаопружени'я

2 м затенение раооеяино'й 1в во­де )радиа'ц1ии уменьшится до 3,2%.

Следует учесть, однако, что вышеуказаннаи попрешность относится к измерению не всей радиации, а только радиа'ЦИи, рассеянной © толще воды, так как на прибор, кроме нее, па­дает прямая солнечная ра­диация, прошедшая сквозь воду (s /) при условии, что наданной глубине не произошло 4 схем а влияния тени от лодки наее полного рассеяния, и рассе- измерение рассеянной радиации в воде, янная радиация неба {Ов), так­ж е прошедшая сквозь воду.

На пиранометр должна падать радиация Qb = гдеds — рассеянная радиа|Ц.ия в толще воды.

В результате влияния столба тени при 50% яркости столба на при­бор будет падать Qb = ,sJ - f Z )b+ (1—0,064) d .

Тогда относительная погрешность

й!з - (1 — 0,064) 0,064^3

Q„ Q b

Погрешность эта, как видим, является весьма малой величиной. Источником больших ошибок может быть плоское зеркало подводного пиранометра, поскольку небольшая доля лучей, падающих на него под углом, меньшим, чем угол полного внутреннего отражения, не проник­нет через защитное стекло, а будет полностью отражаться. Чтобы избе­жать этого, необходимо плоское защитное стекло подводного пирано­метра покрывать снаружи молочным стеклом.

Хотя учет ряда погрешностей еще не разрешен, однако результаты вышеприведенных расчетов свидетельствуют о том, что принятая мето­дика измерений с лодки не вносит существенных систематических оши­бок в результаты измерений.

171

ЛИТЕРАТУРА

1. Б ер е э к и я В. А. Актинюмефрические ваблюдшяя в Атланшияеском, Тихом и И е-ИИЙ1СИ0М океанах, выоол1неиные аа время плавания яа ледоиоле «Крисин» и па- )р.охо1Де «Свирьстрой» с 23 марта 1935 г. Труды ГГО, выи. 22. 1938.

2. Б у з ов к и н Б. А. Опыт энспедиционных иослвдоваиий ращиацнанных услотий вэ’Балнийсиом море. Труды ГОИН, вып. 41. 1957.

3. Г р и щ е н к о Д . Л. К вюгароюу о мет-оиике актинометрических иаблюдевий в море.Метеорология и гадрюлопия, № 5. 1954.

4. К у з ь м и н П. П. Радиация, отраженная от павержно1сти моря и поглощеяеая-СЛ01ЯМИ |ВЮ|ДЫ различной глубины. Метворологая и гидроаюгия, № 7—8 . 1939.

5. М е ш к о в В. В. Осветительные установки. Гостехиздат, М.— Л. 1947.6 . П о и с о в Л. Г. К актино1мет1ричвоним на1блвдданиям в м-оре. Метварололия и гидро­

логия, № 4. 1954.7. G м е т а ИИИК10В а А. В. Усмвавка дая -актинометричесиих наблюдений. Метео­

рология и гидрология, № 10. 1952.8. Ф о р ш Л. Ф. Отражение солнечной радиации ог йодной повержиосгш озер. Труды

я-зборатории озероведения, т. III. 1954.9. Ш у л е й к и н В. В. Физика моря. Иад-во АН СССР. 1953.

л. г . МАХОТКИН

ПРОЗРАЧНОСТЬ АТМОСФЕРЫ В АРКТИКЕ И АНТАРКТИКЕНа основании опубликованных данных измерений прямой солнечной

радиации были вычислены значения числа N, характеризующего прозрач­ность атмосферы. Полученные величины N указывают яа исключительно высокую прозрачность атмосферы в Антарктике, даж е по сравнению с арк­тическими районами. Даются пределы и повторяемость значений N в отдельных интервалах.

Актинометрические «аблюдения в Арктике были поставлены впервые в широком масштабе во время Международного полярного года (1932— 1933 г .); до этого, кроме обстоятельных данных, полученных на корабле «Мод», имелись преимуш,ественно отрывочные экспедиционные матери­алы. Результаты наблюдений прямой солнечной радиации (/), сделанных в течение МПГ II приведены в [1] в виде сводной таблицы зависимости / от высоты солнца для ряда станций. Среди новых данных, полученных в период между МПГ II и МГГ, особую ценность представляют наблю­дения |Дрейфуюш,их станций «Северный полюс» [3, 4]. Однако в спе­циальной монографии по радиационному режиму Центральной Арктики [4] вместе с данными непосредственных измерений / для характеристики прозрачности атмосферы приводятся только отношения измеренных I к соответствующим значениям I в случае идеальной атмосферы. Эти отношения вообще редко употреблялись в других работах, так как вели­чина их существенно зависит не только от прозрачности атмосферы, но и от высоты солнца. Во время МГГ будут получены еще более обширные фактические материалы, поэтому вонросы обобщения данных и исполь­зования их для получения определенных выводов становятся особенно актуальными. При обработке измерений прямой солнечной радиации тб|перь можно пользоваться полученным недавно решением задачи о характеристике общей прозрачности атмосферы с помощью числа (индекса) Л [2]. В качестве примера приведем результаты предваритель­ного сравнения прозрачности атмосферы в Арктике и Антарктике. В табл. 1 даны значения N, полученные по данным, опубликованным в 13,4,5].

Т а б л и ц а 1

Станция Широта Период наблюденийЧислонаблю­дений

N

сред­нее

макси- . мальное

мини­мальное

СП-2 7 6 ° -7 9 ° с. IV 1950-IX 1950 103 0 ,73 (1,7) 0,36СП-4 8 1 ° -8 3 ° с. IV 1955-IX 1955 133 0 ,69 1 ,0 2 . 0 ,53СП-5 8 3 ° -8 7 ° с. V 1955-IV 1956 46 0,62 1,04 0,42

Маусон 67,6° ю. III 1954 -1 1955 89 0 ,47 1.06 0 ,2 2

173

Наблюдения на станции СП-4 использовались только со значком 0^ ; на СП-2 в отдельных случаях солнце было закрыто легкими облаками (отметок О в [4] нет). Поэтому для СП-2 нельзя уверенно указать мак­симальное значение N и, вероятно, немного повышено ареднее Л/'. По сравнению с умеренными широтами, где летом среднее N порядка 1, про­зрачность атмосферы в Центральной Арктике (при среднем N ~ 2/, ) значительно выше (напомним, что число Л^/показывает, сколько нормаль­ных атмосфер нужно взять, чтобы получить наблюдаемое значение /) . Однако для промежуточной арктической зоны, вычисляя N по данным сводки Калитина ([1], табл. 67), получаются еще более низкие значения N: бухта Тихая Л = 0,61, Маточкин Шар N — 0,62, Уэллен N = 0,61,. «Мод» N=0,60, Баренцбург N=0,63. Отличие этих значений N от зна­чений для центрального района Арктики (табл. 1) не особенно великО' и, возможно, связано с тем, что взяты наблюдения за разные годы. Исключительно низкие значения N (т; е. очень высокая прозрачность

, атмосферы) характерны для антарктической ст. Маусон, резко отличая ее от арктических станций; среднее N на Мауооне близко к минималь­ным значе1ниям N для арктических станций. Повторяемость различных значений N (в процентах к общему, числу случаев) дается в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

СтанцияN

0 ,2 0 -0,29

0 ,3 0 -0,39

0 ,4 0 -0 ,49

0 , 5 0 -0 ,59

0 , 6 0 -0 ,69

0 , 7 0 -0 ,79

0 , 8 0 -0 ,89

0 ,9 0 -0 ,99 > 1 , 0 0

СП-2 _ 3 1.6 29 8 12 . 9 5 18СП-4 — _ _ _ _ _ _ _ 16 43 34 4 2 1СП-5 — — 20 28 20 26 2 2 .2

Маусон 12 26 22 27 9 2 1 -- 1

Наиболее часто значения N лежат в интервале 0,50—0,59 и 0,60—0,69. Но в Арктике вместе с этими преобладают более высокие значения, тогда как в Антарктике преобладают более низкие значения.

ЛИТЕРАТУРА

1. К а л и т и н Н. Н. Актинометрия. Гидрометеоиздат, Л.—М. 1938.2. M'aiXiorcKiHiH Л. Г. Прямая раинавдия я ироарачность атмооферы. ,Из1в. АН СССР,

серия геофиз., №-5. 1957.3. Результаты научно-исследовательских работ дрейфующих станций «Северный

полюс 4» я «Саверный иоиюс 5», 1955/1966 шг., т. III. Изд. «Мореной траи- шорт», Л. 1958.

4. Я к о в л е в Г. Н. Радиационвый режим Центральной Аркинни. Изд. «Морскойтранспорт». Труды АНИИ ГУСМП, т. 207. Л. 1957.

5. A l b r e c h t Н. J., D i n g J e К. Measurements of solar radiation atM awsonAntarctica1954. Geofisica pura e applicata, v. 38, 1957.

Б. и. Г У Л Я Е ВI ■ ■ ■

УГЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ С ПЛОСКИМИФИЛЬТРАМИ

Работа содержит результаты экспериментального исследования угло­вых свойств существующих типов насадок из рассеивающих стекол к при­борам с плоскими фильтрами. При этом рассматривается не только коси­нусная характеристика, но также и азимутальный эффект и зависимость спектральной чувствительности приборов с плоскими фильтрами от угла падения радиации. Устанавливается, что матированные стекла неудовле­творительно компенсируют зависимость спектральной чувствительности от угла падения, общей и спектральной чувствительности от направления падения радиации. Достаточно удовлетворительными косинусными харак­теристиками из существующих обладают лишь насадки в виде цилиндри­ческого молочного стекла и шар Ульбрихта.

Угловые свойства приборов, измеряющих радиацию, получаемую- плоскостью, должны удовлетворять следующим условиям.

1. Зависимость интегральной чувствительности от угла падения должна определяться законом косинуса (законом Ламберта).

2. Интегральная чувствительно'сть не должна зависеть от направле­ния падения радиации (от азимута).

3. Спектральная чувствительность приемника не должна зависеть от направления и угла падения радиации.

Перечисленным условиям удовлетворяет лишь плоский, открытый со всех сторон приемник, имеющий постоянный коэффициент поглощения при различных углах падения радиации. Применение различного рода фильтров ИЛИ защит, помещенных «ад приемником, вызывает их нару­шение.

Влияние кривизны защитных стекол или фильтров на зависимость коэффициента пропускания от угла падения радиации исследовалось в работе автора [4], где показано, что эта зависимость значительно воз­растает с уменьшением кривизны стекла. Причиной является френелев- ское отражение и увеличение поглощения внутри стекла, вызываюшее изменение не только интегрального, но и спектрального коэффициента пропускания стекла. Применение плооких стекол вызывает также поя­вление эффекта виньетирования части приемной поверхности их оправой. Суммарная угловая погрешность у приборов с плоскими фильтрами настолько значительна, что измерения диффузной или косопадающей радиации с помощью таких приборов оказываются допустимыми лишь при условии применения специальных компенсирующих насадок, в ка­честве которых обычно служат диффузно рассеивающие или отражающие материалы, расположенные над приемником.

Приборы с плоскими фильтрами, измеряющие радиацию, приходящую от всей полусферы, наиболее часто используются в биологии и светотех­нике (фотометры, измерители ультрафиолетовой радиации, фитопирано- метры). В этих приборах плоские фильтры предназначены для подгонки

■175

спектральной чувствительности используемого приемника к кривым био­логического действия, в отдельных случаях применяются также ней­тральные фильтры и специальные диафрагмы для регулирования их инте­гральной чувствительности. Применительно к указанного рода приборам был разработан целый ряд компенсирующих насадок различного типа. Наиболее известные из них представлены на рис. Г. В фотометрах, как правило, используются простые по устройству, легкодоступные для массового использования насадки в виде плоских молочных стекол

13, 8, 14, 17, Г5 и др.]_. Насадки в виде полусферического матового стекла с кольцевым экраном [2, 5, 6, 7] и шар Ульбрихта [7, 13, 14] находят весьма широкое применение в приборах, измеряющих ультрафиолето-

Рис. 1. Типы компенсирующих насадок.а — насадка в виде плоского молочного стекла, б — насадка в виде плоского молоч­ного стекла с открытыми гранями, в — насадка в виде вы пуклого молочного или ма­тового стекла с кольцевым экраном, г — насадка .в виде цилиндрического молочного

стекла с кольцевым экраном, д — шар Ульбри хта .

вую радиацию. Известны случаи применения насадок в виде выпук­лого |[4, 14, 18], цилиндрического [19] или котелковидного [10] молоч­ного стекла с кольцевым экраном, которые, однако, не получили распространения из-за некоторой сложности их изготовления и отсут­ствия промышленного- производства такого рода молочных стекол.

Систематических исследований угловых свойств компенсирующих насадок различного типа не имеется, несмотря на важность их как для оценки погрешностей измерения различных видов биологически актив­ной радиации (ультрафиолетовой радиации, фиторадиации, освещенно­сти) , так и для внесения необходимых усовершенствований в конструк­ции существующих приборов. Совершенно не исследован азимутальный эффект и зависимость спектральной чувствительности приемников от угла падения радиации, защищенных различными насадками. В предла­гаемой работе сделана попытка хотя бы частично восполнить этот про­бел. Основным ее содержанием являются результаты экспериментальных исследований свойств насадок в виде плоских и выпуклых, молочных и матовых стекол. На основании полученных данных можно произвести

176

также качествен,ную оценку свойств тех насадок, исследования котОрых непосредственно не производились. Разработаны методы изучения и оценки угловых погрешностей приборов с плоскими фильтрами, покры­тых компенсирующей насадкой.

Экспериментальная часть работы выполнена в лабораторных усло­виях на специальной установке, состоящей из ламп накаливания мощ­ностью 400 ВТ со стабилизированным источником питания, плоско-вы­пуклой, линзы, диаметром 2Гсм, и горизонтально расположенного диска с градусными делениями, установленного на вертикальной оси. Расстоя­ние между линзой и исследуемой насадкой выбиралось с таким расче­том, чтобы вертикальное сечение падающего потока радиации было однородно по интенсивности. При опытах юно составляло 30—35 см. Приемник устанавливался в центре диска так, чтобы центр насадки сов­падал с осью вращения диска. Это уменьшало влияние неоднорюдности падающего потока при измерениях под разными углами.

Общие свойства молочных и матовых стекол

Угловые свойства молочных и матовых стекол во многом определя­ются их рассеивающей способностью, выражаемой индикатрисой рас­сеяния или яркости. Определение индикатрисы яркости различных сор­тов молочных и матовых стекол производилось на-описанной выше уста­новке. В качестве приемника радиации служил фотоумножитель ФЭУ-18. Угол зрения прибора был уменьшен с помощью специальной насадки до 30'. Спектральная чувствительность фотоумножителя посредством фильтра С-18 ограничивалась областью 500— 650 мк. Во время измерений фотоумножитель ставился на диск так, что его выходное отверстие нахо­дилось в центре диска, и направлялся под разными углами к рассеиваю­щему стеклу, установленному на расстоянии 30—35 см от линзы на осо­бой державке. Индикатриса определялась как отношение фототока при угле ф (угол, образованный направлением приемного отверстия прибора с нормалью к пластинке или к приемной поверхности) к фототоку при Ф=0°. При измерениях плоскость пластин (плоскость основания для выпуклых стекол) направлялась под разными углами к падающему по­току с целью выяснения зависимости индикатрисы от угла падения радиации. Характеристики молочных и матовых стекол приведены в табл. ll приложения.

Исследованы следующие сорта молочных стекол:Г) густо-молочное стекло с относительным коэффициентом пропуска­

ния т = 0,20 (|Зо = 80).2) молочное стекло с тонким молочным слоем т==0,30 (Ро = 80°).3) опаловое стекло т=0,45 (Ро = 80°). Для каждого сорта были

взяты образцы нематированного и матированного снаружи молочного стекла.

Выпуклое молочное стекло представляло собой часть полусферы с ра­диусом 30 мм. Высота стекла равна 20 мм. Поверхность.не матировалась.

’ Плоокие матовые стекла были получены из фотографических пласти­нок со смытой эмульсией путем матировки их поверхности с помощью шлиф-порошка оредней зернистости. Индикатриса яркости определялась. ' для пластинки, матированной снаружи, матированной с двух сторон'и/ двух 'Сложенных друг с другом пластин, матированных с. О'беих сторон. Полусферическое матовое (с обеих сторон) стекло было изготовлено тем же cnocoi6oM из колбы ЮО-'ваттной лампочки накаливания.■ Результаты измерений представлены в табл. 2 и 3 приложения,

Йз молочных стекол наихудшими рассеивающими свойствами обла­дают опаловые стекла, имеющие заметно вытянутые индикатрисы рас-

12 Труды ГГО, вып. 100 177 ■

сеяния. Индикатрисы молочных стекол других сортов, как показали измерения, весьма близки к сферическим и мало отличаются друг от друга, поэтому в табл. 3 приложения приведена их осредненная инди­катриса. Заметного влияния матировки молочных стекол на индикатрису их рассеяния обнаружить не удалось. Вытянутость индикатрисы вы­пуклых молочных стекол объясняется тем, что радиация встречает внешнюю поверхность стекла под разными углами/хотя многократное внутреннее отражение сильно сглаживает влияние кривизны поверхности стекла.

Матовые стекла по своим рассеивающим свойствам качественно от­личаются от молочных стекол. Индикатриса рассеяния их сильно вытя­нута даже для двойного слоя матированных с обеих сторон пластин.

Изменение угла падения радиации сказывается мало на форме инди­катрисы и ее направлении, однако для сильно выпуклых молочных стекол эти изменения уже существенны. Для полусферических рассеива­ющих стекол характерно сохранение формы индикатрисы и ее симме­трии относительно направления падений лучей. У слабо выпуклых и плоских матовых стекол с увеличением угла падения индикатриса раз­мывается, что объясняется увеличением рассеивающей массы стекла.

С целью выяснения селективности пропускания молочных и матовых стекол было произведено измерение их относительных спектральных- коэффициентов пропускания в видимой и ультрафиолетовой, областях спектра (табл. 4 приложения). Измерения производились на спектрофо­тометре СФ-4: Следует оговориться, что измерения спектрального про­пускания М'олочных стекол, выполненные по этому прибору без добавоч­ных приспособлений в виде интегрирующей сферы, не отличаются большой точностью, так как расстояние между пластинкой и приемником в приборе слишком велико и на приемник попадает лишь незначительная часть радиации, прошедшей через пластинку.

Результаты измерений показывают, что селективность молочных и матовых стекол, обусловленная их спектральными, а не рассеивающими свойствами, сравнительно невелика (до 10%), однако при производстве точных измерений ею нельзя пренебрегать. Влияние, рассеяния на ход спектрального пропускания матовых пластин существенно возрастает в ультрафиолетовой области, особенно в крайней его части, поэтому при применении рассеивающих стекол в качестве материала для компен­сирующих насадок в измерителях ультрафиолетовой области учет их спектральных свойств становится обязательным.; Изменение коэффициента рассеяния в сторону ультрафиолетовой

части спектра связано с некоторым изменением угловых свойств матиро- йанных стекол. Изменения средних спектральных коэффициентов про­пускания, обусловленных рассеянием, как можно судить по табл. 4 при- . ложения, для плавленного кварца сравнительно невелики, в области 300—400 мк оно составляет 0,94, в области 210—300 мк — 0,70, что не превышает изменения коэффициента пропускания матовых стекол для монохроматической радиации при удвоении толщины рассеивающего слоя (табл. 2 приложения). Поэтому полученные ниже выводы об угло­вых свойствах насадок из матовых стекол для видимой области можно считать качественно верными и для ультрафиолетовой.

Косинусные характеристики компенсирующих насадокЗакон косинуса требует выполнения следующего условия:

Л/(2) = Л/о co,s г. ■ (1)где #0 — показание прибора при нормальном угле падения радиации, Л /(z) — показание прибора при угле падения Z.

178

Отклонение от закона косинуса можно выразить отношением-

• (О)^ NqCosz ■

Коэф*ф'Ициеет в актинометрии называется иоправочным множите­лем на высоту солнца и применяется для введения поправок к прямой радиации.

Можно вычислить также относительную погрешность при измерении прямой радиации по формуле

^ _ _ N { z) - N qcosz Л'о cos 2 ■

Определение коэффициента К производилось на описанной выше установке экспериментальным путем. В качестве приемника был исполь­зован селеновый фотоэлемент, закрываемый последовательно различ­ными насадками. ' .

Результаты представлены в виде графиков на рис. 2 и частично (для молочных пластин) на рис. 3. Значения коэффициентов /С для матовыхстекол на рис. 2 выражены в виде функций от , где п — высотаоправы стекла‘над приемником..

Причиной зависимости коэффициентов К матовых стекол от их угло­вых размеров является эффект виньетирования приемной поверхности оправой насадки, проявляющейся благодаря вытянутости индикатрисыэтих стекол. Указанный эффект зависит не только от , но и от соот­ношения между диаметром стекла и диаметром приемника и формы приемника. Он наиболее значителен при отсутствии стекла и практиче­ски полностью отсутствует для молочных пластин.

Рис. 3 выражает зависимость коэффициента К у молочных стекол от высоты сферического сегмента (кривизны поверхности). Эта зависимость была получена Хепке [14] экспериментальным путем. Изолиния для Л=О построена на основании 'результатов наших измерений для плоских молочных стекол различных сортов.

Указанные выше графики позволяют произвести оценку косинусных свойств молочных и матовых стекол (табл. 1).

Пл01ские матовые стекла даже при отсутствии эффекта виньетиро­вания (га=0) имеют очень плохие косинусные свойства. Увеличение вы­соты оправы стекла приводит к быстрому увеличению отрицательного эффекта при больших углах падения радиации. Недостаточно удовлет­ворительными косинусными свойствами обладают также и молочные пластинки, пропускание которых, уже начиная с малых углов падения, на 7—19% отклоняется от закона косинуса, а при 70° это отклонение существенно возрастает. Для увеличения- коэффициента пропуекан'ия при- больших углах падения молочное, стекло иногда не углубляют в оправу насадки, оставляя его грани открытыми (рис. 16 ) .

Лучшими косинусными свойствами обладают выпуклые молочные стекла с высотой колпачка, равной примерно 0,3 R. Аналогичную коси--

нусную характеристику имеет матовая полусфера, при г«0,2,. Ддявыпуклых рассеивающих стекол: характерен эффект заме гного возраста­ния чувствительности при больших углах падения, что вызывает положи­тельное отклонение от закона Koicnnyca. Иоключенве избытка: радиации

12* 179;

при этих углах падения осуществляется применением специальных коль­цевых экранов, параметры которых определяются по следующим соот­ношениям: '

h^ = h, г ^ = = г - { - h ^ i g z ' ,

где h — высота стекла, высота кольцевого экрана, г-—радиус ооно-

• Рис. 2. Отклонения от закона косинуса коэффициентов пропускания матовыхстекол.

, а — плоских, б — выпумых.

вания стекла ДЛЯ-полусферы, Гд. — радиус кольцевого экрана, г '^ у г о л падения радиация, начиная с которого происходит положительное откло­нение от закона косинуса.. Высота кольцевого экрана может быть сделана меньше высоты кол­

пачка, если задаваться допустимой погрешностью, возникающей за счет чувствительности приемника с такой насадкой при 90°. Оценку этой погрешности .произведем ниже.• Результаты/измерений ■ косинусной характеристики насадок из вы­

пуклых - рассеивающих стекол с кольцевым экраном, помещенные в табл. 1, показывают, что: .

vso;

1. Для насадок из выпуклых молочных стекол наилучшими являются следующие параметры; h=Q,‘lTR, ,r^-==0,75/i ctg Чувствительностьпр.иемника при 2=90° для этой (высоты-кольца соответствует 1% от

Рис. 3. Отклонения , от закона косинуса коэффициентов пропускания плоских ивыпуклых молочных стекол.

Т а б л и ц а 1П огреш ности за сч ет отклонения от закона косинуса для компенсаторов

различных типов

Угол падения, zТип компенсатора и его^^'параметры 1

20° 40° 60° 70° 80? i 1

85° 90°

Матированное молочное стекло . . Матированное молочное стекло, вы­

ступающее из о п р а в ы .....................Выпуклое нематированное молочное

стекло h = 0 ,67 i?, ГК = h ctg 70°

- 3

- 3

0

. - 7

- 7

+ 2

- 1 3

- 1 3

+ 15

—15

- 1 5

- 2 2

- 2 4

- 2 4

- 5 0

- 3 9

- 3 0

- 6 7

—

Выпуклое нематированное молочное стекло h = 0 ,27 = 0 ,75 Л ctg 7 2 ° + г . . . . . - 1 —4 - 6 0 - 1 2 - - 3 9 _

Плоское матовое стекло = 0 . . - 7 - 2 4 - 4 0 - 5 0 -5 3 , - 5 5 —

Плоское матовое стекло • - 2 9 - 6 4 - 7 0 - 8 8 - 9 1 —91 —

Полусферическое матовое стекло

= 0 , 2 5 без кольца................. ... —1 - 2 0 + 7 + 3 5 + 5 0 ' 14»/о

Полусферическое матовое стекло

~ = 0 ,2 5 , ctg 75° + /г . - 1 - 2 0 + 7 - 3 - 5 6 —

Полусферическое матовое стекло

— 1,9 без к о л ь ц а ...................... - 7 ■ 26 - 4 8 —53 - 3 5 - 9 7'>/о

Цилиндрическое молочное стекло скольцом ....................................................

Котелковидное молочное стекло без кольца .......................... . . . . . .

— 1

, —1

2.

- 3

+ 2

- 5

o'

- 2

0

■12

— 12

40

0. .

181

нормальной чувствительноети. При углах 'иадения от О до 80° насадка е такими параметрами по Своей косдауонои характеристике имеет безу- словное преимущество перед-наеадкой из падского молочного стекла, хотя при 80° отступление от закона косинуса у них одинаков'ого по­рядка. Увмичение высоты колпачка приводит к резкому ухудшению косинусных свойств насадок этого типа. -

2. Для насадок из полусферического матового стекла выгодны следу­ющие параметры: п = 0,25^, ^c tg 75° + /?.

Отклонение от закона косинуса при этих параметрах до угла падения 70° невелико (2—7%), свыше 70° оно резко возрастает.

Подгоикй угловой характеристики насадок из матовой полусферы к закону косинуса при меньших,угловых размерах стекла может произ­водиться затемнением вершины полусферы тем или иным 'способом. Так, например, компенсирующая насадка к уфиметру конструкции сотрудни­ков Института биофизики АН СССР [1] представляет собой полусфери­ческое матовое стекло, к вершине которого изнутри приклеен стеклян­ный порошок. Изготовление такой насадки представляет известную сложность в связи с необходимостью точного соблюдения толщины при­клеиваемого слоя и размера затемненной области. Изменить косинусную характеристику насадки можно также путем ,изменения высоты кольца. Так, в вышеуказанном приборе и в ультрафиолетометре.ВНИСИ [6] вы­сота. зкранного. кольца еоответствует половине высоты матовой полу­сферы; Чувствительность прибора с такой насадкой при z=90°, соглас­но нашей оценке, составляет 5— 10%. К сожалению, данные об угловых характеристиках указанных приборов не оиубликовайы.

В табл. 1 представлены также данные о косинусной характеристике насадки конструкции Шарпа и Литля, Изготовленной в виде цилиндри­ческого молочного стекла с концентрическим кольцевым экраном, заим­ствованные из работы [19]. Устройство такой насадки показано на рис. L Верхняя и нижняя части молочного цилиндра зачернены. Необходимый для выполнения закона косинуса добавок ]р‘адиации по­ступает через незачерненную часть цилиндра на внутреннюю сторону плоской пластинки (непосредствевно на приемник радиация от неза- черненной части не поступает). Кольцо служит для экранирования неза- черненной части цилиндра при г = 90° и имеет высоту, равную йысоте верхнего края последней.

Косинусные свойства шара Ульбрихта зависят от соредошенвдч диа­метров отверстия, нрилегающего к приемнику, и наружного отверстия, а также от относительных размеров экранирующего косинуса и расстоя­ния его от центра сферы. При оптимальных значениях параметров шара отклонение от закона косинуса, согласно Мейеру и Зейтцу [5],.составляет при z < 80° до 2%, при .больших углах—свыше 6%.

О косинусных свойствах насадки котелковидного молочного стекла можно судить по табл. 1.

Рассмотрим 'погрешности при измерении рассеянной радиации, выз­ванные отклонениями от закона косинуса. Они определяются следующим выражением:

h ^ j

о " 'где sy— освещенность от у-той кольцевой зоны.

n--J .

Т ' ■

Для нормированной освещенности

182

Для производства расчетов по формуле (4) необходимо знать зо­нальное распределение-рассеянной радиации по небу при различных условиях облачности.

Отсутствие данных по распределению видимой радиации побудило нас к организации специальных наблюдений, которые были выполнены летом 1957 г. . различных условиях. облач(ности на открытом месте и в березняке с сомкнутыми кронами с высотой деревьев в 6-—7 м. Прием­ником 'Служит селеновый фотоэлемент, заключенный в альм укантаратор. При измерениях выделялись кольцевые зоны шириной в 10°. С. целью сохранения линейности селенового фотоэлемента вплоть до больших освещенностей (освещенность раесеянньш светом в естественных усло­виях не превышает величину порядка 50—70 тыс. лк) было произведено многократное снижение его интегральной чувствительности (до 100 раз). Для этого площадь приемного отверстия, закрытого матированным сна­ружи плоским молочным стеклом (т=0,20), была уменьшена по срав­нению с площадью приемника в 75 раз. Таким образом, при производ­стве измерений освещенность поверхности прибора не превышала 1000 лк. Прибор работал с небольшим шунтом, поэтому внешнее/сопротивление его составляло'лишь несколько омов. Так как при малых внешних сопро­тивлениях линейность селенового фотоэлемента сохраняется до 1000 лк [8], наш прибор являлся линейным в тех пределах освещенностей, при которых производились, измерения. ' .

При обработке результатов наблюдений для каждой кольцевой зоны вводились поправочные множители на угол падения радиации, опреде­ленные Для данного прибора; Осредненные нормироаанные данные по зональной рассеянной радиации, содержатся в табл. 5 приложения.

Основная доля рассеянной радиации, приходящей на плоскость от полусферы, как показывают полученные результаты, приходит от зоны неба с зенитным расстоянием менее 70° (около 92% при ясном небе и 97% — при пасмурном). Под сомкнутыми кронами доля радиации, при­ходящей от зоны 60—90°, составляет лишь 5% от радиации, посылаемой всей полусферой. Благодаря, такому распределению зонального рассеян­ного света наибольший вклад в угловую ошибку при измерении рассеян­ной радиации вносят отклонения угловой чувствительности от закона косинуса при углах падения меньше 70°. В табл. 2 по формуле (4) рас-

. : . .. Т а б л и ц а 2П огреш ности при изм ерении рассеянной радиации для компенсирую щ их

насадок

Тип насадкиСостояние неба

ясно пасмурносреди расти­

тельности (пасмурно)

равномерно яркое небо

Плоское матированное снаружи мо­лочное ст ек л о .......................... • . . - 8 - 6 - 5 - 9

Выпуклое молочное стекло h =■ —0 ,2 7 Л, r ^ f - r + 0 ,75 А ctg 72° . - 4 - 3 . - 3 - 4

Полусферическое матовое стекло без экранирующего кольца

R - 0 . 2 5 . . . : . . . . . . . + 1 0 0 + 2

Полусферическое матовое стекло

- 0 , 2 5 , г к ~ К ctg 7 5 ° - f Л . - 1 — 1 - 1 - 2

Цилиндрическое молочное стекло с ■кольцом................. .... . . . . . . . 0 0 0 0

183

считаны угловые погрешности при измерении рассеянной радиации не­которых типов насадок, овидетельствуюш;ие о' том, что значительные отклонения от закона косинуса, имеющие место у насадок из выпуклых рассеивающих стекол при 2 > 80°, пра:ктИчеоки не оказывает влияния на величи'йу угловой погрешности при измерении рассеяной радиаций. Наи­большую погрешность имеют насадки из'молочных и матовых пластин.’

Оценим, какой может быть ошибка'при измерений рассеянной радиа­ции, если прибор имеет чувствительность к зоне z > 90°.

Добавок радиации, измеряемый таким прибором; равен

8 = 2 а д (2 > 90°), (5)о ■. .

где Bj — яркость у-той кольцевой зоны при г > 90°, Е j — интегральная чувствительность прибора «у-той зоне (выражается в долях от нормаль-- ной чувствительности).

В качестве прибора рассчитаем'угловую погрешность при измеренш! рассеянной радиация внутри равномерно яркой сферы с помощыо при­бора с насадкой из матовой полусферы без кольцевого экрана, для кото­

рого =0,20. Ниже приводятся угловые характеристики стекла.

Угол падения радиации.............................. 20“ 40° 60° 70° 80° 85°Отклонения от закона к о с и н у с а ................. 1,02 1,08 1,14 1,19 1,56 2 ,50Угол падения радиации. . . . , . . . . . 0° 90° №0“ 110° 120°-130'’ 140° 150°Относительная чувствительность прибора 1,00 0, 17 0 ,14 0,11 О,,08 0 ,04 О',02 0,01

Прибор С такой насадкой,, как показал расчет, преувеличивает рас­сеянную радиацию на 20%. Применение кольцевого экрана с высотой, равной половине высоты полусферы, при большем диаметре корпуса насадки относительно диаметра стекла должно выаьшать значительное уменьшение этой погрешности (до порядка нескольких процентов).

Особенно большой отрицательный эффект для прибора, чувствитель­ного к зоне 2 > 90°, имеет место при измерении суммарной и отражен­ной радиации, когда насадка непосредственно освещается солнцем.

■ Поэтому к данным, полученным с помощью приборов, чувствительных к зоне 2 > 90°, следует подходить с изве,стной осторожностью.

Зависимость спектральной чувствительности приборов с насадкой от угла падения радиации. . Зависимость- спектральной чувствительности приборов от угла падения радиации вызывается применением фильтров. Зависимость спектрального пропускания плоских фильтров от угла паде­ния радиации определяется по формуле Буге

(6 )

где Е \ — показатель поглощения, / — длина пути луча в фильтре (эффективная толщина фильтра).

l ^ d s e c z , (6а)где d — толщина фильтра.

Спектральное пропускание комбинации фильтров имеет большую зависимость от угла падения радиации, чем спектральное пропускание едининиых фильтров. Для мозаичных фильтров эта зависимость усугуб- ляется различной степенью виньетирования приемной поверхности при­бора под разными фильтрами.

Эффективная толщина фильтров, находящихся под компенсирующей насадкой,, обуслонливается зональным эффективным углом падения ' радиации, прошедшей через насадку. Его можно определить как угол184:

f

между вертикалью и направлением к линии пересечения сферы гори­зонтальной плоскостью, которая делит рассматриваемую часть сферы на две области, посылающие на приемник одинаковое количество радиа­ции. _

Зональный эффективный угол р определяется из выражения2л "р

^ В { ^ , z ) s i n ^ c o s ^ d ? = о 6

f di/ f Ф, 2)sin |3 c o s№ (7)0 0

где po — угловые размеры стекла.Если яркость не зависит от азимута (что имеет место при. z=0°) или

если рассматривать осредненный по азимуту коэффициент яркости В (р, z) , то выражение (7) упрощается и становится пригодным для производства практических расчетов

5 Эоо = 2 J 5 (Р, 2) sin Р cos = J 5 (р, 2) sin р cos prf8. (8)

о ' оДля удобства расчетов по правой части формулы (8) построены спе­

циальные графики (рис. 4) для молочных стекол с различной кривизной поверхности и полусферического матового стекла различных угловых размеров. По оси абсцисс отложены угловые размеры стекла Ро, а по оси ординат — значения интеграла с пределами от 0° до Ро, который мо­жет быть выражен в следующем виде:

В ф, Z) sin р cos Щ = ^ SjBj (2), (9)о о

где 5 у—площадь у-той кольцевой зоны, B j — среднезональная яркость у-той кольцевой зоны для производства расчетов определялась экспери­ментально с помощью фотоумножителя ФЭУ-18.

График на рис. 4 представлены в виде изолиний. Рассмотрим конкрет­ный пример расчета эффективного угла по полученным графикам.

Пусть Ро = 60°. Для выпуклого молочного стекла при 2 = 0° находим 0 = 0,660. Из этого же графика определяем значение эффективного угла ■р=/ (0,330) =33°

По значениям эффективного угла при различных углах падения мож­но вычислить зависимость эффективной толщины и, 'следовательно, спе­ктральное пропускание фильтров, находящихся под компенсирующей насадкой. Заметим, что знание эффективных углов необходимо также при расчете корректирующих фильтров к различного рода фотометрам.

Значения эффективного угла и соответствующие значения эффектив­ной толщины фильтров при d = l , находящихся под насадкой из выпук­лых молочных и матовых стекол, получены в табл. 3. Данные таблицы показывают, что иасадки из выпуклых рассеивающих стекол неудовлет­ворительно 'Компенсируют зависимость спектрального пропускания фильтров, защищенных этими насадками, от угла падения радиации. Особенно велико изменение эффективной толщины фильтров с измене­нием угла падения радиации под насадками нз матовой полусферы (свойства матовых стекол любой другой кривизны поверхности анало­гичны). Так, при угловых размерах стекла Ро = 80° изменение угла паде­ния радиации от О до 80° вызывает увеличение эффективной толщины

185

фильтра почти вдвое. При малых угловых размерах стекла эффектив­ный угол более постоянен, однако в насадках из матовых стекол увели­чение высоты оправы недопустимо, так как с этим неизбежно шязано ухудшение их косинусных свойств. В случае применения сложных фильт­ров (в виде комбинации или мозаики) к постоянству эффективных углов должны быть предъявлены повышенные требования. В этом смы-сле

Р и с . 4 . З а в и с и м о с т ь э ф ф е к т и в н ы х у г л о в о т у г л а п а д е н и я д л я в ы п у к л ы х с т е к о л .

а — матовых, б — молочных.

выгоднее применять менее сложные фильтры. Строгие требования к по­стоянству эффективного угла должны предъявляться в случае примене­ния интерференционных фильтров, спектральное пропускание которых чрезвычайно сильно зависит от угла падения радиации. Поэтому к при­менению насадок из выпуклых рассеивающих стекол и насадки в виде матовой полусферы следует подходить чрезвычайно о!сторожно, учитывая связанные с ними ошибки, а в ряде случаев при использовании сложных или интерференционных фильтров применение их следует признать недо­пустимым.

186

Зависимость интегральной и спектральной чувствительности прибо­ров с насадкой от азимута (азимутальный эффект). Зависимость интег­ральной чувствительности у приборов с плоскими фильтрами связана с различной степенью виньетирования приемной поверхности при различ­ных направлениях падения радиации. Зависимость спектральной чувст­вительности от азимута проявляется главным образом у приборов с мо­заичным фильтром, состоящим из фильтров различных размеров и форм. Азимутальный эффект может быть рассчитан путем определения размера незатененной части приемной поверхности оправой фильтра при различ­ных направлениях падения радиации. Размер затененной площади опре­деляется из простых геометрических выражений.

Т а б л и ц а 3

Значение зонального эффективного угла насадок при различных углах падения радиации и значение эффективной толщины фильтров под насадками

пРо

Угол падения Z

я0° 20° 40° 60° 80°

Н а с а д к а в в и д е м а т о в о й п о л у с ф е р ы

0 90° Р1

231,09

341,21

391,29

541,70

612,06

0,18 80° т1

231,09

341,21

391,29

521,62

602 ,00

0,58 60° т1

221,08

301,16

361,24

441,39

461,44

1,73 30° т119

, 1,0620

1,0623

1,0923

1,0925

1,10

Н а с а д к а i3 в и д е в ы п у к л о г о м о ’л о ч н о г о с т е к л а

0 90° ' Р 1

341,20

381,27

441,39

0,18 80° J1

341,20

381,27

441,39

0,58 60° ?132

1,1833

1,1938

1,27

1,73 30° т119

1,0619

1,0619

1,06

Сделаем следующие обозначения (рис. 5).AB = CD = a и AD = BC=b — стороны фильтра, A'B' = C'D'=a' и

A 'D '= B 'C '= b '— сторояы приемника, — направление падающего луча, у — угол между направлением падающего луча и стороной Со­гласно рис. 5, получаем следующее выражение для затененной площади: S j , = h ig z s in ' \ b — {a — а') Ь {а' — h t g z sin у) (Аtg z cos у — & - f &'). (Ю)

где h -—высота оправы фильтра.Это же выражение можно применять для расчета влияния эффекта

виньетирования у мозаичных фильтров под насадкой на спектральный коэффициент их пропускания при различных углах падения радиации.

187

в

л

i1i1АF

Л ' с ^

в

Для расчета азимутального эффекта у приборов с насадкой не­обходимо знать распределение яркости стекла по азимуту вдоль сечения,' задаваемого эффективным угло^м. В виде примера в табл. 4 представлены результаты расчетов азимутального эффекта у приборов с квадратным, и прямоугольным фильтрами, защищенными насадкой из полусфериче­ского матового стекла. Здесь же для сравнения приведены результаты расчета азимутального эффекта при отсутствии рассеивающего стекла.

Расчетные данные показали хорошее совпадение с эксперименталь­ными. ■ ■ .

Азимутальный эффект у приборов с плоскими фильтрами возрастает с увеличением угла падения радиации. Для приборов с квадратным фильтром под насадкой из матовой полусферы он сравнительно невелик,однако сильно возрастает при 1 < -у > 1 .

И>С1Следо1ваний nacTOHHiCTiBia эф­фективного угла насадок прочих ти­пов «е проиэвоиилось. Оообенно ва­жно пр'ои'звести в дальнейщем по­добное истаадование для шара Ульбрихта как втеыма рлспростра- н'внного типа насадки.

В заключение раоам'отрим .новый метод компенсации отклонений от закона 'Косинуса, предлож'енный Ха- 'Сингом i[li2] в'замен компенсирующих насадок, как метод, позв'оляющий до'бить’ся положительного Э'фф'екта п!ри н1езнач!ительн01м пониж'ении ин­тегральной чувсивительностн 'прибо­

ров. Хасинг доказывает, что П'ри'емник, наклон'бнный к горизонту под углом 38—39° и вращаемый вокруг вертикальной оси, представляет собой изме­рительное устройство с примерно косинусной характеристикой. Для этого собственная угловая характеристика прибора должна .определяться за­коном совз Z. Вместо вращаемого приемника может быть использована комбинация из четырех нЗ'Правленных в противоположные -стороны при­емников, включенных последовательно. Подгонка спектральной чув- ств'ительности к закону cos^ z осуществляется с помощью плоских матовых стекол. Интегральная чув'ствительность прибора при этом снижается примерно в два раза.

Нетрудно заметить, что автор вместо плоского приемника предлагаетТ а б л и ц а 4

Азимутальный эф ф ект у приборов с прямоугольными фильтрами

С

Рис. 5. К расчету азимутального эффекта.

Характеристика фильтраАзимут, ф ■

0 30 60 90

1,00 0,91 0,89 1,001,00 0,98 0,97 1,00

0,36 0,73 0,94 1,000,66 0 ,84 0,96 1,00

Незащищенный фильтр Фильтр под матовой полусферой

Незащищенный фильтр Фильтр под матовой полусферой

а = Ь

I а = 46

188

использовать приемник с конической поверхностью, образующие которой составляют с горизонтальной плоскостью угол 38—39°.

Отклонение от закона косинуса (для идеального случая, зависимость чувствительности приемника от угла падения радиации определяется за ­коном косинуса) составляет при z= 7 5 ° —9%, при z = 80° —28%. Чувст­вительность при 2 = 9 0 ° равна 11%' от нормальной чувствительности и распространяется до угла падения 130°.

Предлагаемый метод не исключает прочих угловых ошибок приборов с фильтрами. Так, угол падения радиации «а плоскость матового стекла меняется от —38 до 52°., что соответствует изменению эффективной тол­щины фильтра примерно в 1,5 раза.

При применении четырех приемников измерительное устройство обла­дает азимутальной погрешностью. Действительно, пусть лучи падают на приемник нормально. Примем за нулевой азимут направление, перпенди­кулярное вертикальной проекции приемника, и чу[вствительность прием­ника при нулевом азимуте равном единице. При азимуте 45° относитель­ная чувствительность приемника равна

2 — (cos^ 45° -j- cos® 45°) = 1,29.

Недостатком метода является также значительная сложность в под­гонке угловой чувствительности приемника к закону cos^ z и чрезвычай­ная громоздкость наблюдений. Предлагаемый метод не имеет особых преимуществ и в повышении интегральной чувствительности приборов с нлоокими фильтрами, так как О'слабление получается такого же по­рядка, как и ослабление компенсирующей насадки из полусферического матового стекла. 'Указанные недостатки этого метода не позволяют признать его пригодным для практического использования.

ВЫВОДЫ

1. При выборе насадок следует обращать внимание не только на их косинусную характеристику, но и на стабильность эффективных углов, от которой зависит постоянство спектральной чувствительности прибо­ров при различных углах падения радиации и азимутальный эффект.

Очень нестабильными эффективными углами обладают насадки из матовых стекол, что следует учитывать при их применении.

2. Среди исследованных типов насадок из, рассеивающих стекол не имеется достаточно удовлетворительных по ювоим угловым свойствам и простоте изготовления.

, Как показывают литературные данные, весьма удовлетворитель­ными косинусными свойствами обладают насадки в виде цилиндриче­ского молочного стекла с кольцевым экраном и шар Ульбрихта.

Однако исследований стабильности их эф|фективных углов, к сожа­лению, не производилось. Недостатком их является некоторая сложность изготовления, громоздкость, а у шара Ульбрихта — легкая загрязнен­ность внутренней поверхности шара.

ЛИТЕРАТУРА

1. А е д р е й щ е в А. .П., О с е т р о в П. А. Уфидшиметр УФ-2. Передовой произ­водственный и технический опыт. 1957. (Всесоюзный институт научной и техниче­

ской информации Гостехники СССР и АН СССР).2. Б ы л о ® М. В. Соот1еошеиие между оовеще|нностью от >беэоблачно1го кеба и осве­

щенностью от неба с солнцем вместе. Труды ГГО, вып. 26 (68). 1951.3. Ввй| Н1б 0 |рг В. ,В. Корректирующая иаоадка к фотометру. Заяв. свид. № 437—

46, iKwaac 42*, пр. 17. 935.4.. Г у л я е в Б. И. Расчет иоиинусной характеристики приборов с выпуклыми про­

зрачными стеклами. Труды ГГО, вып. 80. 1959.

189

Ъ. М. е й е р -А. и З е й т ц Э. Ультрафиолетовое излучение. Пер, с кем., ИЛ, М. 1952.6. Ч е ч и к И. . О., Ф а й и ш т е й н С. М., Л и ф ш и ц Т. М. Электронные ум1НОжи-

тели. М. 1957.7. Ш к л о в . е р Д. А., Д о р ф О. П. Оветотехиика, № 3. 1956.8. Ю р о в С. Г. iH Х а з а н о в В . С. Фотаменрические авюйства селеиавых фото­

элементов. Успехи физ. иаук, т. 38, вьш. 4. 1949.9. Я н и ш е в 'с к и й Ю. Д . Фотоменричвшие гааблюдения в Павяо1вске и ооошо-

Ш0НИЯ между овег0)М и радиацией. Труды ГГО, вьш. 68. 1957.10. A l l a n А. Н., М е с г е е К. J. Integrating meters for somparing light intensities

in plant growth studies. Journa), of Scient Instr., 32. № 11. 422. 1955.11. A u r e n T. E. Radiation climate in Scandinavian peninsula. Arkiv for Mat.

Astrophys. B; 26a, № 29. 1939.32. Hasing S. Ober Verfahren zur Verifiezirung des Cosinus-Gesetzes fiir globale

Strahlnngsmessungen. 1941.13. Henschke U., Schulze R. Methoden zur Ausmessung von UV-Strahlen. Strahlen

therapil, 71, 656. 1942.14. Hopcke O. Ober die Vermeidung der Abweichung Cosinusgesetz bei Lichtauf-

fangflachen Beleuchtungs. Licht, 4,41. 1934.15. L a r c h e K. Ein neues UV-Ma6gerat mit Vorsatz-Kugel fiir beliebigen StraMung-

seinfaU. Licht, 12, III. 1942.16. L a r c h e K-, S c h u l z e R. . Uber ein UV-MSPgerat mit Vorsatz-Kugel fiir

, StrahlungseinfaM unter gro^en Winkel,. Z. techn. Phys, 23, 114. 1942.17. S c h m i d t , H a e n s c h . Liste, III B. Tragbare Photometer. S. 16. 1927.18. V o g e'l - S о r g e n s e n. En metbde til bestemelse of rumvirknisgrad, M. S., M. 1945.19. W a l s h . Photometrie. London. 1925.

П Р И Л О Ж Е Н И Я

Т а б л и ц а 1

Коэффициенты отражения, пропускания и поглощения молочных и матовыхстекол

Вид стеклаКоэффициенты

Толщина,отраже­

ния р,%

пропус­кания■г, о/о

поглоще­ния

а, о/о

мм

Прозрачное бесцветное стекло .....................Матовое стекло (матировка песком) . . . Матовое стекло (матировка кислотой) . .Молочное густое ст ек л о ................. ....Молочное хорошо пропускающее стекло

81 2 -1 59 - 1 3

3 0 -7 64 0 -5 0

8 9 -9 17 2 -8 57 5 -8 91 0 -6 64 5 -5 5

1 - 33 - 1 62 - 1 24 - 2 8 4 - 6

1 , 0 - 3 ,0 1 , 8 - 4 , 41 .3 - 3 ,71 . 3 - 6 , 2 1 , 5 - 2 , 0

03S Js

Ю

So.оX

ssceB3

.Ss2sCO<eo.

=tо■с§0)H"У

§HceS

sH<■>о•ио .■w

3нXф

Ао:2S

о . О 8 8 2 g

о ^,-н «Фс о O i о с о

о о " o ' о " о " о ' о ^ о "

8 О О О

о o ' о " ’- Г о * o ' o ' o "

с оо о в § 2 S g f e

о о " о " ' о ‘' o '" o ' CDC>

S& 2 8

о о ' ^ о " o ' o " о ' - - Г

о . ООо

оо O C N O^CTi^CO^ Ч ч

ю > - Т—< 0 5

ю о о " о " о " о * '— о ' о * '

!—• г - н О Ю2 S

о о * о * o ' о ~ о * ' о ^ о "

к

СОт—1

(N CNс о 00

0 5 O i СОСО

о о ’^о* '© * ' о ' ' о ’' о ^ о "

к

о о т-^ о1—< т-м

ч ч-^^ 'O i о о т-ч

. о o ' о * о * ' о " о " о ' о "

ъ gо о о о оо ^ о ^ о ^

^ (М O i lO

1 ^ ЮO i

о о " o ' о*" о * '© * ' о " о "

чо о

оо О О О

оо ^ 8 2

> т-ч о о ~

оО

00 1

о с о 00 crti О О

CN с о а> с о

о о*" o '* о " o ' о * о ' о "

оS

00 00 с о 00 Tt^^O ^O ^

с о CN Ю ^со^ 00 о

(М о о " о о " о " о * о ' о "

оЯ

0 02 8 Д Й Д

с о о ” o ^ o ' d ' о o ' о о "

Ч ч ч2 Д

. о " о " о " о " о " о ” о ' о * '

S

0 0о ^

00 с о 00 О О О

ь - о оГ-4СЧ S 8

o '* о ^ о ^ о " о " о " о ' о '

о1 ^о ^

t - - t o » о ^ о ^ о ^ 2 Д

с о о " о " о " о " о ' о ' ' о " о "

ь я 8 _ g gCN 0 0 r^^CN S S

о ~ о ’' о ’' о ' о " о " о ' о * '

Sс о с о 00 о ^ о ^ о S S

ООо " о " о " о " о " о " о о "

с оо g g g

о 008 Д

O i о ” o ' o " о ” о " 'о " о ' о "

оо

О О ОО О О

с о 00о о о о

о ос о

са4 ■М О)ни

4)гоаон

5

о .с ио .но .

• «

S S 5

§ о

о IICD н

§ 2

“ 1 m ^

1 “

X *о . о , о .но .

X! . S<и .

\ оО о

« о§ IIаз t»сз

g §

g - g

X ' >> .

з " н

s §

S н

«я а , о о ч н о о

яо

М ч2 ^ Си о;

S gg a <v X

g . §0)

о ®c

Sг 2 S-сг Sсг со

<DН

X2S5ГОС5ОгSноо»Q.CR2нS<иS

S’в•е-СПо

осо

оg

S

оо

§

оо

о00

001

ч>й<1)

<аSк3*очо

00 со оо см с о Ю05о о о о о о

CD соЮ Oiо о о о о о

Ю 00 ■ ^ 0 5

o 'о" о'о*' o 'o ’*05 ю 00 Oi ю о со оо о о ^(N со O i O i

o^

00 с <

о о “ 8о**^

iOi.i O i S S

о " О

T - H , - н О О

OThO O i

ОООо O i

O iC OO i<3i g S

o ' o "

o ' o ’*

Thcooooo

Ю ' O i O iO O O O

CNOiOOO O

O i 1-.00 00 S S

o o

Ю С О oo t-o o o o

(M CN 00 t-- СОСЧ Ю f -

cS<o-COt CO

CO

S 8

b - O io ^ o "

CO CO OOOio o O ’- o o

CN < O i с

00 CO ;O i OO

> O i i C^

? C3i ?CD

О t - О Ю

(MO iC O

O O O O

S S

o ' d "

f : 2

< 0 CO lOf*

o ' o

о о*CN О Ю t -

О О о о о о

очтО)

1й

| 70 ( NS ( N

u

ю

оч

(DНО4)ОmочcdС

О

оX!ГОчо2

g o

s I I

0 о

о Ьй

§ ес :

о«

оч

п*>>4

05 S X

ё

(USS(U

с ип<п

X

191

Т а б л и ц а 4

О тносительное спектральное пропускание молочных и матовы х стекол

Длинаволны(мк)

Опало­вое

стекло

Г устое молочное

стекло

Матиро­ванное

изнутристекло

Длинаволны

Пластинка из илавленного кварца

нематиро-ванная

матирован­ная с одной

стороны

относитель­ный коэф­

фициент рассеяния

0,53 210 0 ,86 0,47 0,550 ,80 220 0,88 0,52 0 ,600 ,92 240 0 ,89 0,60 0 ,680,96 260 0 ,98 0 ,73 0 ,750,98 280 0,98 0 ,78 0 ,800 ,99 300 0 ,98 0 ,82 0 ,841,00 320 1,00 0,91 0,910 ,99 340 1,00 0 ,94 0 ,940 ,96 360 1,00 0,96 0,9&0,90 380 1,00 1,00 1,000 ,90 400 1,00 1,00 1,000 ,94 —

0 ,98 , —

1,00

320340360380400450500550600650700750800850

0 ,420 ,740 ,900 ,860 ,940 ,920 ,961,001,000 ,840 ,840 ,901,001,00

0 ,330 ,670 ,870 ,901,001,001,001,001,000 ,930 ,930 ,931,001,00

Т а б л и ц а 5

Р аспредел ение видимой ради1аи,ин по отдельны м зонам н еба

Кольцевые зоны (град.) Безоблачно Пасмурно Неполная

облачностьСреди раститель­ности (пасмурно)

0 - 1 0 0 ,04 0 ,06 0 ,04 0 , 141 0 -2 0 0 ,09 0, 14 0 ,09 0,212 0 -3 0 0,13 0,17 0,13 0 ,243 0 - 4 0 0, 16 0 ,20 0, 16 0, 164 0 - 5 0 0,18 0,18 0,18 0, 125 0 - 6 0 0,18 0,15 0 ,20 0 ,086 0 - 7 0 0,14 0,07 0,14 0 ,037 0 - 8 0 0,07 0 ,02 0,05 0,0158 0 -9 0 0,01 0,01 0,01 0,005

■ Е 1,00 1,00 1,00 1,00

Б. И. ГУЛЯЕВ

КОМПЕНСИРУЮЩАЯ НАСАДКА К РАДИОМЕТРАМ С ПЛОСКИМИ ФИЛЬТРАМИ

Приводятся данные расчета и экспериментального исследования угло­вых свойств нового типа компенсирующей насадки к приборам с плоскими фильтрами, предложенной автором. Полученные данные показывают, что предлагаемая насадка обладает преимуществом перед существующими в силу своей простоты при хороших компенсирующих свойствах.

Насадка предназначена для исправления зависимости чувствитель­ноети приборов от угла падения прямой и рассеянной радиаций в отдель­ных участках спектра, например, фиторадиации, ультрафиолетовой ра-

Рис. 1.

диации или освещенности. Насадка отличается от существующих [IJ простотой изготовления при хороших компенсирующих свойствах. Над. молочной или матовой рассеивающей пластинкой, прикрывающей прием­ник радиации с необходимыми фильтрами, предлагается установить один из вариантов насадки; 1) вторую молочную пластинку {1) того же диа­метра (рис. 1 а) на расстоянии h с зачерненной боковой поверхностью; 2) зачерненное снизу плоское непрозрачное кольцо {1) с диаметром, равным диаметру приемного рассеивающего стекла на расстоянии к (рис. 1 6 ).

Рассмотрим принцип действия насадок. Радиация, проникающая к приемнику, складывается из двух потоков; потока, прошедшего через верхнюю пластинку, и потока, попавшего непосредственно на приемную рассеивающую пластинку через зазор h между пластинками. Второй поток и служит добавкой для подгонки угловой чувствительности при­бора 'К закону косинуса. Пренебрегаем вторичными отражениями от ниж­

13 Труды гго, вып. 100 193:

ней поверхносш молочной пластинки и полагаем, что угол Ро (рие. 1) настолько мал, что можно пренебречь различием угла падения радиации •от отдельных участков рассеивающей пластинки на приемник. Индикат­рису рассеяния пластинкой (2) примем близкой к сферической. Тогда выражение для относительного количества радиации, прошедшей через насадку при различных углах падения, можно получить из простых гео­метрических соображений.

Примем следующие обозначения:R — радиус пластинок; h — расстояние между пластинками,

— радиус отверстия кольца,То — интегральные коэффициенты пропускания рассеивающей

пластинки при углах падения z и О®, т', т" — интегральные коэффициенты пропускания верхней и нижней

пластинок,(А) — интегральный коэффициент пропускания двух рассеивающих

пластинок при расстоянии между ними h,~ — относительный коэффициент пропускания пластинок при

угле падения z,Рг — относительный коэффициент пропускания верхней пластинки,

S (А, Z) — размер непосредственно обдучаемой площади нижней пла­стинки при угле падения z и ширине зазора h,

S* (z) — проекция отверстия кругового кольца на нижнюю пластин­ку при угле падения z.

Пусть на насадку падает пучок параллельных лучей. Тогда относи­тельное количество радиации, прошедшей к приемнику через насадку с добавочным молочным 'Стеклом, равно

где первый член правой части выражает относительное количество радиа­ции, прошедшей через верхнюю пластинку, второй член — добавок радиа­ции, проникающей через зазор. Согласно закону косинуса,

/, = t" 'cosz. (2)Подставляя (2) в (1), получаем

4 ' ( c o s ^ - , , ; ) - - £ ^ v . (3 )

Относительное количес-гоо радиации, прошедшей через насадки в виде плоского кольца над рассеивающей пластинкой, определяется аналогич­ным выражением

т (^) " I /лч^ 2 = тс/?2 '•г П - '•z •

Аналогично (2) полагаем

4 =

Л и Sk{z) S { h , z ) _v ^ tcL\W S c o s z - - ^ V - ■ - №)

Площади s {h, z) и (2;) определяются no рис. 2 из простых геом€т-194

тогда

N

рических соображений. Площадь (z) для кольца бесконечно малой толщины при

R — fkZ < arctg h

равна

приS k { z ) = ^ r l ,

R ~ Гк и h i g z > y R^ — rl

при

z < arctg и h i g z < y ^ R ^ —h ^

sin 8'j ,

ri

где

3 =F arccos

Sk ( 2 ) = т.Гк —

№-ig^ z - { -R? — r l 2Rh tg 2

4 S - S . „ S ) + 4 ^ S - S . „ S ' )

8' = arcsln — sin 8.

Площадь s {h, z) о-цр'еделяет- ся выражением

%ь■ s (/г, z) = — sin-

где( 8 )

8 = arccos. h t g z2R

Рис. 2.

(7a)

(76)

(7b)

По 'Приведенеым фо|р1мула(м произведен расчет насадок обо­их типов. Полученные резуль­таты представлены в табл. 1.Д ля насадки ш молочного стекла по формуле (3) вычислялся параметр h при 2 = 70° и при заданных значениях (взятых из работы [1]) коэффи- ц/иентов т. Затем то полученному значению h раосчитьшаяась косинус­ная характеристика насадни. Так как в выражении (6) два неиввестных, то при piaicwere было введено 'следующее дополнительное условие:

arctg ^ ^ = 70°. (9)

Подставляя это выражение в формулу (6), получаем{ R — h \ g z f = s ( , h , z ) i l , (1 0 )

откуда можно определить h. Затем также по формуле (6) три 2=70° вычисляем Расчет дал следующие оптимальные значения параметров; для насадки из молочного стекла над молочным стеклом A=0,04i?; для

ннасадки из плоского кольца над матовым стеклом 'при =0,6, А=0,1^?,

1.3* 195

р

s1=;VO

>5i«3Q<H4)S

ssffi<u

sоffies3sHсоs a. с ,Xоetceuce93

S;asHCJSa.<uHiaceaceX(D

•3Шоe?>5

sffi§

p?о

оо

ооcs

л«=3

гSОнО)сои(D

Sлн<игСЗО.

SSdf=[

СSЕ-

8 О)00 1—< 8

00'со

о" о" 1—1 csT о" о"

g соО)оо.

0505

см05

.4О о" о** о" о" о"

g g0505

оо^ 8

o" о о" г— г-1

оо о я .

со05о*

(Мо^

CS

оCSо^ щ .

о~

о

o '

о^ о

<D

s

о (J3

о"8

оо00

о '

ffiffiСЗч0)

! -Sо ’

<D§М

>->ia

«а к?к 9 >»S ЕГ О 1=; о

L.Си - «3 О

5 II>> . я S ffi bS СЗ ям к о нОн WS 2ё п

к ^СЗ 5ffiffi оcd сч

11X

ОС ОС ОСо ю о(М сч соо о о"II у II>1! XV, к <

ОС ОС ОСII II IIо.с: ас 'о.с

0

Осюo '

ffiн(U

Он

Ct; 0 ct: Ctj

он • мооЬЙ<1> о■ч • оSоа • чс ОС

ffl • <и оосч>> ' ом CQ II.

V.ffi * g •о

ю>>cd bi

■g ■ XS ОС2

ниса 11•ж =5с CUсгг ■ •о ffi ОСп оо . Он со

X о

I §С^Ог . о е; -с о

1 ^ " сси Ю0 ^ 5 о. ^ -s s i - S S и . СЗ СЗ Ч, о = с U

щ и. х ;

SsQ^>>оg'o '5 Ii9-« >> - ffi S ffi td C3 ffica s о f-я 2

он

соo'

ffi О.ii

5Sоcx

g a:|QcЮ

Q;,

2 0[-S’ 11S •«ffls Si §

§-оU

i)!:

196

'^пр=‘ , ?"ft= 0,287? (табл. 1). По экспериментальным данным [1] полу­чены следующие З'начения: для насадки первого типа А=0,1/?, .второго

ытипа при -^ = 0 ,6 -— h = Q,\R, =0,257?. Некоторое различиеоптимальных значений, лолученных тем и другим способом, объясняется приближенностью расчетных формул.

Экспериментальные'исследования показывают (табл. 1),что насадки обоих типов при оптимальном значении параметров имеют хорошие косинусные характеристики при всех углах падения радиации. Для насадки из молочного стекла над молочным стеклом максимальное откло­нение от закона косинуса при углах падения от О до 85° не превышает 7%, для насадки из плоского кольца над матовым стеклом — 11%.

Недостатко!М насадки из пло- д. акого кольца над млтовым стеклом является завиаи- мость ее хараетаристики от целого ряда параметро'В (/г.

ГкН \ от соотношения диа­

метра приемника и пласти­нок, что обусло1вли1в:ает бо­лее строше требования к точ- 1НОСТ1И 1ПОДГ01Н1КИ eie парамет- ров. Коэффициент ослабле­ния интегральной радиации, проникающей через насад­ку из молочного стекла, при Ро=40—60° составляет 0,05—0,10, для насадки из плоского кольца при Ро=30° — около 0,03.

Приближенно оценим максимально возможные изменения средней длины пути луча в фильтре [1] под насадками при различных углах паде­ния радиации. Воспользуемся для этой цели следующим очевидным выражением:

sec [р'га + Э (1 — и) —seep(И )

где р — эффективный угол падения радиации, прошедшей через верхнюю пластинку или_отверстие кольца (определяется по графику на рис. 3 и .в работе [1]); р' — эффективный угол падения радиации от «светового зайчика», образуемого на нижней пластинке радиацией, попадающей через зазор между пластинками; п — доля радиации, прошедшей через зазор, во всем потоке. Выражение (10) является приближенным по отно­шению к насадке из матовой пластины, так как не учитывает несфери­ческий характер рассеяния последней, однако же позволяет судить о по­рядке величин А/. Для оценки предельного значения Л/ для насадки из молочного стекла над молочным стеклом предположим, что при z=80° «световой зайчик» еще находится на краю нижней пластинки и его эффек­тивный угол равен Ро (при углах падения, близки^ к 90°, нижняя пла­стинка практически полностью освещается и р '— р, поэтому близко к нулю, несмотря на большое значение п. Полагая п=0,25 [1], получим при ро=30°^/=2,5% , при Ро = 60°, А/= 8%. В дойстгательных условиях величины А/ меньше, так как ближе величины р' и р. Для оценки пре­дельного значения для насадки из плоского кольца над_матовым стеклом предположим, что отверстие кольца мало (при z=0° р близко к нулю)

197

и что при 2=80° «световой зайчик» и радиация, попадающая на нижнюю пластину через отверстие кольца, находятся на краях пластинки. При­нимая значение «=0,70, получаем при ро=15° Й = 4 % , при Во = 30° А/=15% , при ро = 60° А/=53%.

Согласно вышеизложенному при изготовлении насадок следует руке- водствоваться 1следующими значениями параметров:

1) для насадки из молочного стекла, расположенного над молочнымстеклом, — =0,8— 1,0, h=0,\R-,2) для насадки из плоского кольца над

нматовым стеклом ^ =0,6; h=Q,\R\ = 0,25i?; {Rnp — радиус при­емника).

Конструкция, изображенная на рис. 1, позволяет производить юсти­ровку насадок перед эксплуатацией для более точной подгонки угловой характеристики прибора к закону косинуса. .Согласно этой конструкции, верхняя пластинка укрепляется на четырех лапках, расположенных сим­метрично на подвижном кольце, сидящем на резьбе, благодаря чему расстояние между пластинками можно плавно изменять. В подобранном положении 'КОЛЬЦО фиксируется с помощью винтов. Юстировка насадки производится на установке, описанной в работе [1], или на любой другой установке для проверки закона косинуса при естественном или искус­ственном источнике освещения. При необходимости изготовления насадки

аиз плоского кольца над матовым стеклом с параметром отличным от0.6, требуется предварительное определение /г и Оптимальное значе­ние с достаточной степенью точности можно вычислить по следую­щей приближенной формуле, полученной эмпирически:

г , = 0 ,6 /С .

где К — угловой коэффициент плоского матового стекла, определяемый по графику (рис. 3) п о -^ . Расстояние h подбирается вышеуказанным способом.

в насадках предлагаемого типа возможно применение нематирован- ных молочных и нематированных снаружи матовых стекол, что является их достоинством, так как оптические свойства таких стекол меньше под­вержены необратимым изменениям, связанным с загрязнением их по­верхности. Однако при этом необходимо иметь в виду, что пропускание полированных снаружи стекол (согласно формулам Френеля) сущест­венно зависит от состояния поляризации света.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г у л я е в Б. И. Угловые хар)а1ктарист1и1ки ориборов с плоскими фильтрами.Настоящий обориик.

К. С. Ш и ф р и н и В. Ф. Р а с к и н . К теории индикатрисы Рокара . . . . 3Л. Г. М а х о т к и и . Энвивалангт Miaacbi Б е м т о р в д а ......................................................15С. Д . Г у т ш а б а ш. Рассеяние света в двухслойной атмосфере................................ 17В. К. К а г а н . А. Я. П е р е л ь м а н, Е. П. Р я б о в а . Яркость безоблачного

гаеба в (двгужпарамеггричаской модеши атмаофары......................................20К- С. Ш и ф р и н , Е. П., Н о в о с е л ь ц е в . И10След0В1ание некоторого класса

определееных интепралов, о 01дерЕйкащ|И!х ивадрат бесселевой функциипервого парящ ка............ ............................................................................................ 25

Н. Е. Т е р - Mta р к aip я и ц . О орещщиж дневных велич1и1нах альбедо моря . . 37Е. П. Н о в о с е л ь ц е в . Сравнительный ш ализ условий визирования при

облач1иом и 1бвэобл1а1чшом небе . . . . . . . . . . ........................41Е. А. П о л я к о в а. . Ииоледовиния метеаролошчвомой дальности ввдимости

в Д015КД1Я Х ........................... ............................................................................................ 45Е. А. П о л я к о в а , В. Д. Т р е т ь я к о в . Иаследовиние метворологичеокой

даяыности ВВДИМ01СТИ цри снегопадах ............................................................. 53И. Л. З е л ь м а в о в и ч . Мииросггруктура и прозрачность шегопадо1в . . . . 58Н. П. П я т о в . с к а я . Спакпращьная иеманчивасть наземных К01нтраст0'в

в видимой и близкой ин1(^ 1а11ф а1Сной области сп ек тр а ..................................... 65В. И. Г о р ы ши н . Усшановма для шмерения и р'вгиотрации проарачвостй

'ат м осф ер ы .............. ^ . . ..................................................................................74В. Л. Г а е в ' с к и й . Иасяедювнние дя1инно1в[ол)нов1ого излучения атмосферы . . 86к. М. Б р о у н ш т е й н . Черный далучатель с большим -ошвврстием..................... 93Т. Д . В о йт и к о в а, В. И. Г о р ы ш и н . Электронный регулятор температуры 105 Л. Б. К р а с и л ь щ и к о в , О. И. Г о л и к о в а . Фотометрическая установка для

иэмерения спектральнык коэффициентов .я р к о сти ..................................... . 1 1 0Ю. И. Р ^ а б и н о в и ч . Самолетная annaipaTypa для измерения спектральных

оптических характеристик .атмосферы и пощсшнлающей поверхности . . 115Н. И. Н и и и т и и с к а я. О применения инггврферанциотных светофильтров

типа интерферометра Фабри—^Перо для упрощенных юпектраяьных из­мерений прямой солнечной радиации в ультрафиолетовой области спектра 124

Л. Б. К р а с и л ь щ и к о в . К вопросу о виэироваини объект.ивными приемни­ками через З1амутввнную (атм осф еру..................................................................... -. 128

Л. Б. К р а | 1 с и л ь щ и к о в , А. А. Ц а р е в с к а я . Установка для измеренияиндикатрис отражения в спектральной области 0,6—2,5 ( J . ...........................131

О. Д . Б а р т е н е в а , А. Н. Б1о я р о | в а . Яркость сумеречного и ночношо неба 133 Е. П. Б а р а ш к о в ! а. Длинвав'олновый баланс иадопилающей товерхности по

наблюденням в К а р а д а г а ............................................................... ' ..............141* Е. П. Б а р а Ш 1Ков;а. Зааишмость длинноволновой радиангии атмосферы от

метеоролопических э л е м е н т о в .......................................... ..........................................154Д. Л. Г ри щ е й к о. О иенотарых ошибках морских судовых актинометриче-

оких набледдений..................................................................... ............................................164Л. Г. М а х о т к и н . Прозрачность атмосферы в Арктике и Антарктике . . . 173Б. И. Г у л я е в . Угловые характеристики щриборов с плоскими фильтрами . . 193 Б. И. Г у л я е в . Компенсирующая насадка к радиометрам с плоскими

ф и л ьтр ам и .....................................................................................175

Ж Ж Ж 1 Т т е н а ' "'''''ЛЕ'ЫИНГРАДС-'ОГО

ТЕОР О/ЮГ ИЧЕШОГОi ГУТД

С О Д Е Р Ж А Н И ЕСтр.

Редактор Л. П. Ж да н о в а Техн. редактор М. И. Брайнина Корректор Ф. И. Межиковская

Сдано в набор 12/IX 1959 г.Подписано к печати 2 2 /1 1 1960 г.

Бумага 70 X 108'/is. Бум. л. 6,25. Печ. л. 17,13.Уч.-изд. л. 16,91 Тираж 1000 экз.

М-20581. Индекс МЛ-11.Гидрометеорологическое издательство. Ленинград, В-53, 2-я линия, д. № 23.Заказ № 373. Цена 11 руб. 85 коп.

Типография N” 8 Управления полиграфической промышленности Ленсовнархоза.

Ленинград, Прачечный пер., д. № 6.