Ориентировочно верхний предел энергетической яркости атмосферы, обусловленной рассеянной солнечной радиацией, можно получить, предполагая, что излучение Солнца равномерно рассеивается по направлению к Зем-е. Если считать, что Солнце излучает как абсолютно черное тело с температурой 6000 К, то максимальное значение энергетической яркости неба составит 3 i 10-2 Вт/(см2 > ср мкм) и будет наблюдаться при длине волны 0,5 мкм.

В действительности максимальная энергетическая яркость неба от рассеянного излучения составляет одну десятую от указанной величины за счет того, что не все солнечное излучение рассеивается по направлению к Земле. Измерение энергетической яркости дневного неба показывает, что она имеет минимум в районе 3 ... 4 мкм (рис. 3.17). При больших длинах волн, как уже говорилось, преобладает собственное излучение атмосферы.

Рассеянное излучение атмосферы при углах визирования, близких к 0°, больше, чем при углах визирования 30 и 60°. Объясняется это тем, что в первом случае масса атмосферы, на которой рассеивается солнечное излучение по пути к наблюдателю, больше.

Энергетическая яркость атмосферы за счет рассеянного излучения сильно зависит от угла между линией визирования и направлением на Солнце, быстро уменьшаясь по мере увеличения этого угла.

Инфракрасное излучение верхних слоев атмосферы определяется в основном присутствием в них гидроксильиой группы ОН. Спектральная лучистость полос излучения оценивается в диапазоне 1,2...1,8 мкм величиной 3 10-* Вт/(м2 ср i мкм), а в диапазоне 2,8...3,4 мкм - величиной 7 . 10-1 Вт/(м2 . ср . мкм) [29].

Как показывают экспериментальные исследования [35], небо, затянутое сплошными низкими облаками, излучает как абсолютно черное тело с температурой, равной округкающей с точностью до нескольких градусов. Результаты измерения энергетической яркости темных кучевых облаков снизу (при угле визирования 14,5°) представлены на рис. 3.18 [35]. Пунктирные кривые соответствуют излучению черного тела при температуре в точке измерения (-1-10° С) и при температуре облаков (-10° С). В районах сильных полос поглощения (6 и 15 мкм) регистрируется излучение от нижних слоев атмосферы; оно соответствует излучению черного тела при температуре

6, нкВт/(сн-ср -инм) WOO

а

/5 К, ПК

1000 750 £00 £50 С

2 5 /О /5 К.т

Рис. 3.16. Экспериментальиые кривые спектральной энергетической яркости ясного ночного неба при окружающей температуре в точке измерения 8° С (о) и 27- С (б); углы визирования для различных кривых по порядку: 0; 1,8; 3,6; 7,2; 14,5; 30 и 90°,

ч 17 чкспгриментальиые кривые спектрально!) энергетическое яркости ясного полу-п неба- углы визирования 0; 7.2 и 30°. В обласгя А<2 мкм значения яркости, взя-?ы по шкале' ординат, следует умножить на 10.

Рис. 3.18. Экспериментальные кривые спектральной энергетической яркости темных кучевых облаков; визирование снизу под углом 14,5°. Пунктиром показаны кривые спектральной энергетической яркости черного тела при температуре в точке измерения 10° С и при температуре облаков - 10° С.

Б, мкВт/(смср-мим)

г 3 4 Pi.,mff

?50 О

2 5 W 15 \мт

Рис. 3.18

10° С. В спектральном окне от 8 до 13 мкм регистрируется излучение от облаков (263 К), которое несущественно меняется, проходя через атмосферу.

При X > 3 мкм крайние значения при измерении энергетической яркости переменной и сплошной облачности отличаются не более чем на 70%, что вызывается различной эффективной температурой облаков, находящихся на разных высотах. При длинах волн, меньших 3 мкм, энергетическая яркость облаков определяется рассеянной солнечной радиацией и колеблется в больших пределах, особенно при наличии переменной несплошной облачности. Так, при среднем значении энергетической яркости (в области ?t = 2 мкм) 55 мкВг/(см2 . мкм 1 ср) максимальные и минимальные значения отличались более чем на два порядка и составляли 300 и 0,8 мкВт/(сма , мкм . ср). Прн сплошной облачности диапазон различий составлял всего один порядок. На рис. 3.19 ... 3.21 изображены графики изменения спектральной энергетической яркости пеба, покрытого облаками в зависимости от угла места, температуры воздуха и времени года.

Полярные сияния наблюдаются обычно в полярных областях на высотах около 100 км. Спектры полярных сияний представляют собой ряд линий в видимой области и сплошной участок в диапазоне 0,65 ... 0,95 мкм. В более длинноволновой части спектра имеется ряд полос излучения, интенсивность которых сравнима с интенсивностью излучения ночного неба.

Таблица 3.26

Энергетические яркости полос полярных сияний в инфракрасной области спектра

Рис. 3.19. Гпафнк изменения спектральной энергетической яркости неба, покрытого облаками, от длины аолны при разных значениях угла места: для различных кривых углы места по порядку: 0; 3,6; 7,2; 14,5; 30 и 90°.

Рис. 3 20. График спектральной энергетической яркости облачного неба в зените при гсм-лературс воздуха 27,5° С </) и 2,5° С (2); пунктирные кривые соответствуют излучению абсолютно черного тела при тех же температурах.

г50 О

2 5 10 1дА,мт

Рис. 3.19

Д мкВт[(см срмкм) 1000

750 500 250 О

Рис. 3.20

10- 15кнкм

Энергетическая яркость северных сияний в полосах 0,3914; 0,4278; 0,5577; 0,6300; 0,7200; 0,7900 изменяется в пределах от 3 i 10 ? до 1,1 X ХЮ-* Вт/(ср <мг). На длине волны 0,92 мкм отчетливо выделяется линия с энергетической яркостью (5...6) 10 * Вт/(ср i мг). Значения энергетической яркости полос полярных сияний в инфракрасной области спектра даны в табл. 3.26 [29].

Земная и водная поверхности. В дневное время излучение земной поверхности состоит из отраженного и рассеянного солнечного света и собственного теплового излучения. Спектральная характеристика излучения имеет два максимума: один прн длине волны % = 0,5 мкм (солнечное излучение), а другой - при длине волны X = 10 мкм (собственное излучение, соответствующее температуре поверхности 280 К). Минимум между ними приходится на длину волны 3,5 мкм.

При X < 4 мкм большая часть излучения обусловлена отраженной солнечной радиацией, интенсивность которой зависит от положения Солнца,

облачности и коэффициента отражения земного покрова. В табл. 3.27 и 3.28 приведены средние значения коэффициентов отражения некоторых земных покровов в диапазонах длин волн 0,4... 0,7 мкм и 0,7... 1 мкм, а на рис. 3.22 ... 3.25 изображены графики спектральных коэффициентов отражения различных земных покровов. Экспериментальные кривые спектральной энергетической яркости наземных фонов даны на рис. 3.26 ... 3.29.

После наступления темноты и ночью отраженное излучение от удаленной земной, поверхности не наблюдается. С рассветом излучение интенсивно нарастает и достигает максимума, когда направление солнечных лучей совпадает с направлением визирования. После захода Солнца излучение вновь быстро падает.

При ?1 > 4 мкм спектральная кривая излучения наземного фона достаточно близко совпадает с кривой излучения чер-

4 тВт/(см срмкм)

S00 400

£00

т

60 40

Z0 10

1 г 4 810 ZO},MKh

энергетической яркости облачного

Рис. 3.21.

спектральной

, сти об

сба зимой (/) и летом (2).