Угловое распределение спектральной яркости в инфракрасном диапазоне спектра в области горизонта

Экспериментальные данные об угловом распределении спектральной яркости собственного излучения водной поверхности и атмосферы в диапазоне “окна прозрачности“ 8-13 мкм в большей части измерений получены в рамках программ валидации спутниковых измерений и относятся к диапазону надирных углов 0-60 градусов. Именно в этих пределах осуществляются оперативные измерения со спутников для определения температуры поверхности. Лимбовые измерения излучения атмосферы также не достигают поверхности и земного горизонта. Вместе с тем область углов, непосредственно примыкающих к горизонту, исключительно важна для задач навигации и ориентации летательных аппаратов на низких высотах и при поиске объектов в ночное время. Затруднения в проведении измерений в условиях открытого океана связаны с необходимостью точной угловой стабилизации измерительной платформы в условиях качки и технологиями проведения измерений при высокой влажности воздуха.
Измерения углового распределения интенсивности излучения водной поверхности в области надирных углов 70-90 градусов предназначены для задач исследования процессов генерации и переноса изучения, тепло и массообмена в условиях с сильно меняющимися параметрами состояния среды – скорости ветра, волнения, обрушения волн и образования пены. Эти параметры в свою очередь определяют излучательную способность водной поверхности и точность дистанционного определения температуры. С этой целью были проведены измерения излучения водной поверхности и атмосферы в Атлантическом океане. Измерения в инфракрасном диапазоне проводились с помощью радиометра на область спектра 10,5-12 мкм и спектрометра в диапазоне 9-15 мкм. Измерения проводились также в микроволновом диапазоне 0,8-8,5 см и сопровождались фотометрией поверхности в видимой области спектра, термометром на поплавке и струнным волнографом (Городецкий, Матвеев, Орлов, 1974). По данным измерений получены угловые зависимости интенсивности излучения океана м атмосферы в пределах углов к горизонту -55 - +90 градусов. Измерения проводились с шагом 2 градуса в диапазоне углов к горизонту от 0 до -10 градусов и при углах - 15, -20, -30, -45 и -55 градусов. Среднеквадратичная ошибка определения радиационной температуры 0,15 К. Привязка к абсолютной шкале с погрешностью менее 0,25 К. Для безоблачных условий выделен диапазон углов -6-10 градусов к горизонту, в котором наблюдается максимальный контраст интенсивности излучения поверхности по отношению к горизонту. В области углов -2-5 градуса выделяется значительное превышение интенсивности излучения водной поверхности, которое обусловлено воздействием ветра на гребни волн, их обрушением и образованием пены на поверхности. Проведено сопоставление экспериментальных данных с модельными расчетами с учетом поляризации отражения и затенения нижележащих участков профиля поверхности волнения. Выявленная особенность углового распределения интенсивности излучения вблизи горизонта имеет место также для измерений в ИК - диапазоне 13,7-14,7 мкм (Cimini et al., 2003). Полученные экспериментальные данные об излучательной способности взволнованной поверхности и пены позволяют осуществлять обоснованный переход от интенсивности излучения к радиационной температуре с учетом моделирования гравитационных и капиллярных волн (Li, Pinel, Bourlier,2011).