Характеристики светового поля в океане

Океан поглощает в своих глубинах большую часть упавшей на поверхность земного шара солнечной энергии. Это связано не только с тем, что водная поверхность составляет 71% поверхности планеты, но и с тем обстоятельством, что альбедо моря значительно меньше среднего альбедо суши. От 98 до 94% упавшего на поверхность потока излучения проходит через границу раздела «воздух — вода» и почти полностью поглощается в поверхностных слоях океана; только несколько процентов вошедшего в море излучения возвращается в атмосферу вследствие многократного рассеяния в морской среде (диффузного отражения). Условия освещения поверхности и значения собственных оптических характеристик воды определяют структуру формирующегося в океане светового поля солнечного излучения.

Поскольку горизонтальные градиенты оптических свойств морской воды значительно меньше вертикальных, а освещение поверхности можно в большинстве случаев считать равномерным, море может рассматриваться как плоскостратифицированная вертикально неоднородная среда, а параметры светового поля оказываются не зависящими от горизонтальных координат.

Экспериментальные исследования, выполненные многими авторами, позволяют несколько условно выделить три зоны светового поля по глубине.

В подповерхностной зоне поля присутствует прямое (нерассеянное) солнечное излучение; спектр естественного излучения в этой зоне весьма широк — от ближнего ультрафиолетового до оранжево-красного света. Поляризация излучения в этой зоне определяется следующими факторами:

• • преломлением на границе «воздух — вода»;
• • вкладом поляризованного света неба;
• • полным внутренним отражением от поверхности восходящего излучения.

Ниже располагается переходная, или промежуточная, световая зона. Здесь нет прямого солнечного излучения или его мало на фоне рассеянного света, однако вертикальный угол направления наибольшей яркости не соответствует положению Солнца и уменьшается с погружением, причем угловое распределение яркости постепенно приближается к асимптотическому виду. Поляризация в этой зоне определяется не только условиями на границе раздела «вода — воздух», но и многократным рассеянием в воде.

Еще ниже расположена зона «глубинного» светового режима, отличающаяся симметрией углового распределения яркости вокруг вертикальной оси, устойчивого к изменению условий освещения поверхности. Флуктуации в этой зоне затухают, спектральный интервал излучения узок. Описанная картина во многих случаях усложняется появлением неоднородностей среды, например частиц взвеси или нефелоидных слоев.

Морская вода вследствие избирательного поглощения воздействует на поток солнечного излучения как спектральный фильтр. Наиболее удобным параметром для описания ослабления нисходящего потока с глубиной является показатель вертикального ослабления otj^ солнечного излучения.

Ввиду относительной простоты измерений Е±_к иге борта судна, к настоящему времени накоплен обширный материал по значениям как, так и показателя Оф в разных районах Мирового океана.

Строго говоря, показатель Оф, как относящийся к вторичным оптическим характеристикам вод, зависит не только от свойств самой воды, но и от условий освещения поверхности, прежде всего от углового распределения яркости нисходящего излучения.

Таблица 8.3.7.

Значения, а и, усредненные по подповерхностному слою воды 0—30 м, при разных высотах Солнца а; Черное море.

В табл. 8.3.1 представлены значения Оф, усредненные по подповерхностному слою воды 0—30 м, при разных высотах Солнца а¹. При этом следует отметить, что данные этой таблицы характеризуют изменчивость Оф в верхнем слое воды толщиной 30 м, а при усреднении по большому слою, например 100 м, зависимость от условий освещения уменьшится.