由于云雾的多变性,从宏观和微观两方面系统地研究云雾与激光的相互作用还存在一定的难度。在近地面大气层中,激光信号通过大气后分子散射的影响是很小的,能量的衰减主要是受到悬浮粒子的散射(米氏散射)引起的,由于米氏散射的计算过程不易计算,所以一般用与能见度有关的经验公式来表示大气衰减,而能见度会严重阻碍激光的传输[2],其中最基本的威胁就是云雾。
众所皆知云雾对能见度影响很大,其影响程度取决于云雾本身的微物理特性。研究表明,雾滴愈大,则含水量愈多,导致能见度愈差。这是因为光被云雾消弱。
2 云、雾的基本物理特性
2.1 云、雾的物理特性
云和雾都是由悬浮在近地面的空气中大量缓慢沉降的水滴或冰晶组成的一种胶体系统,就物理本质而言,云和雾都是由大气中的水汽凝结而成,与晴空间有着明显的边界。
云是一种复杂多变、种类繁多的大气现象,对其研究既是气象学和大气科学的重要课题,又是研究毫米波、红外和光学信号在大气中传播的一个重要分支,因此对其进行深入研究具有重要的现实意义。源:自/751^-论,文'网·www.751com.cn/
由于雾的存在,会使得空气的能见度大大地恶化。雾的含水量随雾的强度不同而不同,雾愈浓,含水量愈大。同一种强度的雾,其含水量主要决定于温度。对于中等强度的雾来说,当温度自-15℃—20℃,雾的含水量为0.1-0.2克/米3;当温度自-15℃—0℃ 时,含水量为0.2-0.5克/米3;而当温度自0 ℃—10 ℃时,含水量可达0.5-1.0克/米3[3]。
雾的地理分布特点是,在高纬度雾的频率很大,在极地区雾是常见而持续的现象,全年雾日可达80—100天,反之在低纬度雾比较少见(在潮湿的热带例外)。我国由于广大地区河流纵横,水汽丰沛,所以雾出现的频率很大。例如,我国西南山地河谷地区是多雾区,四川盆地一年中134天有雾,南京平均雾日为34天,北京则为21天,而在西北地区,因为空气干燥,水份异常稀少,全年几乎没有雾。
雾中能见度变坏的原因是由于雾滴对光的散射。很小的雾滴( )散射短波的能力较强,而散射长波的能力较弱。能见度与雾滴大小与含水量的关系可以用下式表示[4]:
(1)
式中 为雾滴的有效半径(通常取均方根半径),以 为单位; 为液态含水量,以克/米3为单位; 为常数,其值等于2.5; 为能见度,单位为米。由上式可见,对于某一给定的含水量而言,能见距离与雾滴的含水量线性成比例。
根据雾的形成地域和形成雾的机理,可以将雾分为四大类:平流雾,辐射雾,锋面雾和冰雾。平流雾主要出现在沿海地区,由于暖湿空气移到较冷的陆地或水面时,因下部冷却而形成的雾。通常发生在冬季,持续时间一般较长,范围大,雾较浓,厚度较大,有时可达几百米。内陆雾通常为辐射雾,由于地表辐射冷却作用使地面气层水汽凝结而形成的雾,在北方冬季、初春和秋末等季节比较常见。主要出现在晴朗、微风、近地面、水汽比较充沛的夜间或早晨。在锋面上暖气团中长生的水汽凝结物(云滴或雨滴)落入较冷的气团内,经蒸发使近地面的低层空气达到饱和而形成的雾,称为锋面雾。锋面雾经常发生在冷暖空气交界的锋面附近,随锋面降水相伴而生,故又称降水雾或雨雾。锋面雾对交通运输的威胁仅次于平流雾。冰雾 完全由冰晶组成的雾, 又称冰晶雾。常见于严寒地区的冬季,近地气层温度很低,一般多在-40℃以下,使其中水汽凝华而形成。文献综述 云雾对激光传输的衰减特性研究(2):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_69087.html