Розсіювання електромагнітного випромінювання Сонця атмосферою Землі

Як відомо, ЕМХ розповсюджуються як в космосі, так і в атмосфері Землі, поки не зустрінуть перешкод на своєму шляху. Характер всіх ЕМХ однаковий. Вони відрізняються один від одного власною частотою, довжиною хвилі і енергією, займаючи відповідне положення в електромагнітному спектрі.

Оскільки атмосфера Землі є неоднорідним середовищем, де перебувають молекули газу і аерозольні частинки від тонкого аерозоля до щільних хмар зі всіма можливими проміжними стадіями, краплинки води і частинки льоду, дрібні частинками пилу і диму тощо. Оптично неоднорідним середовищем є також і чисте, вільне від домішок повітря оскільки в ньому внаслідок теплового руху молекул постійно виникають згущення та розрідження, тобто відбуваються коливання густини. ЕМХ зустрівши ці неоднорідності на своєму шляху, взаємодіють з ними, зазнаючи трансформацій. По-перше, як ми попередньо з’ясували, відбувається поглинання водяною парою, озоном, вуглекислим газом і метаном. По-друге, відбувається розсіювання і відбиття ЕМХ.

Розсіювання – часткове перетворення ЕМВ, яке має визначений напрям поширення, у випромінювання, що поширюється по всім напрямках.

Таким чином, зустрічаючись із молекулами і домішками в атмосфері, сонячні промені, що несуть сонячну енергію, втрачають прямолінійний напрям свого поширення і розсіюються (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Взаємодія електромагнітного випромінювання з атмосферою і об’єктами на поверхні Землі

ЕМВ від розсіюючих частинок і субстанцій поширюється так, наче вони самі є джерелом ЕМВ.

Атмосферне розсіювання світла зменшує пряму сонячну радіацію і підвищує розсіяне, дифузійне, випромінювання атмосфери.

Інтенсивність розсіювання ЕМВ залежить від декількох чинників:

– співвідношення між довжиною хвилі випромінювання і розміром частинки з якою вона стикається;

– відстанню між частинками що розсіюють енергію ЕМВ;

– кількістю об’єктів, що розсіюють енергію ЕМВ на шляху випромінювання;

– довжини шляху, який ЕМХ проходить в атмосфері.

При цьому процеси розсіяння і поглинання енергії зменшують інтенсивність сонячної радіації на поверхні Землі і міняють діапазон випромінювання. Це стає очевидним, якщо порівняти спектри випромінювання, зміряні зовні атмосфери і у поверхні Землі.

Близько 25% загального потоку сонячного ЕМВ перетворюється в атмосфері в розсіяне ЕМВ. Значна частка (2/3) розсіяного ЕМВ доходить до земної поверхні. Але це вже дещо інший вид ЕМВ, відмінний від прямої ЕМВ. По-перше, розсіяне ЕМВ надходить до земної поверхні не від сонячного диску, а від усього небосхилу.

По-друге, розсіяне ЕМВ відмінна від прямої за спектральним складом. Справа в тому, що промені різної довжини хвиль розсіюються по-різному.

Співвідношення енергії випромінювання різних довжин хвиль у розсіяній ЕМВ зміщується в зону коротких хвиль. При цьому, чим менші розміри розсіюючих частинок, тим сильніше розсіюється короткохвильове випромінювання в порівнянні з довгохвильовим.

В зоні видимого світла ЕМВ частка розсіяного ЕМВ при реєстрації сенсором складає від 100% при суцільній хмарності до 5% при абсолютно ясному небі. При цьому виділяють два типи розсіювання в атмосфері: розсіювання Релея (молекулярне розсіювання) і розсіювання Мі (аерозольне розсіювання).