垂直衰减的辐照度

在缺乏散射(b = 0), Kd,垂直向下发光衰减系数,确定只有吸收

0.0 1-1-1-1-1-1-1 -

光学深度,Z

图6.17垂直向下发光衰减系数作为光学深度的函数b / = 5,和一个= 1.0 m”1。数据通过蒙特卡罗计算垂直入射光.702

系数和天顶角,0,水内的光束,依照Kd = / cos 0。

在散射介质,Kd增加,部分原因是下降的角分布改变光,和下降的部分原因是向上散射流。同时与进步的角分布随深度的变化,所以Kd的价值随深度增加,逐渐趋于平稳,光学深度的渐近辐射分布就建立了。图6.17显示了Kd作为垂直入射光的光学深度的函数在一个中等的b / a = 5.0。

虽然Kd总是随深度增加入射光平行时,很可能反过来可能是真的,如果入射光扩散,例如从一个阴天。如果可能的话,特别是在水低价值的b / a,最后渐近辐射分布比最初的光芒更垂直分布,那么Kd随深度降低。

Kd和吸收之间的关系散射系数5月,对于一个给定的入射光场和一个给定的/ (d),表达与完整的共性表达Kd / b / a的函数。的绝对值,b和Kd没有指定:它的比率

图6.18。垂直向下的辐照度衰减系数的比例(zm评选)吸收系数的函数b / a。获得的数据对垂直入射light.702蒙特卡罗计算

重要的。一定比例的b产生特定比率的Kd,不管实际价值的系数。Kd的计算值/垂直入射光的zm评选策划反对在图6.18 b / a。Kd的价值等于b = 0时,开始逐渐上升,b增加,以线性的方式,但曲线在高比率的b。Kd (zm评选)/的值在整个范围内b / a = 30 found702适合非常接近一个指定的曲线方程

zm评选(Kd) = (a2 +饶舌)1/2 (6.23)

G是一个系数,可以被视为确定的相对贡献散射辐照度的垂直衰减,和它的价值是由散射相函数的形状。与圣地亚哥海港水¡3(9),在图6.18,0.256 G的值。

可以编写类似的方程6.22和6.23 Kd (zm评选)的Kd (av)所取代,Kd的平均值的区域向下穿透表面的辐照度降低到1%:在这种情况下,系数,G,有一个稍微不同的值(0.231)。尽管Kd (zm评选)是一个更准确的定义,并从理论上满意,Kd,不过我们将从这里直接我们的注意力主要Kd (av),因为这是Kd最常见的测量。Kd (zm评选)和Kd (av)实际上是通常接近对方的价值,并显示相同的介质的固有光学特性的依赖。

Kd随太阳高度的方式方便地表达依赖m0,折射阳光的余弦值只是在表面之下。这种依赖是由于不仅预期的变化,角,每个垂直米遍历的路径长光子,产生依赖的Kd (1 / m0),但除了G系数也随这一事实太阳角按照

咕)= giMo - g2(6日到24日)

g1和g2特定散射常数相结合。因此我们可以写706712

一个M0

Kd = - [a2 + G (M0) ab (6.26)

或相应的形式,如

Kd = - (a2 + (g1M0 - g2) ab) (6.27)

我们代替G (m0)。与圣地亚哥阶段水体功能,eqn 6.27版本的适用于Kd (av), g1常量的值= 0.425和g2 = 0.19。版本的Kd (zm评选),g1 = 0.473和g2 = 0.2了18个。使用这些值的g1和g2, eqn 6.27可以用来计算从m0 Kd, a和b对大多数湖泊学家的水域和沿海海洋学家,也是相当大的预测值与光学水质

709 711

水生生态系统。,

图6.19 G(1.0)平均余弦变化的散射

图6.19 G(1.0)平均余弦变化的散射

在开放海域的不同地区,散射相位函数可以在外形上显著不同相位函数的沿海和内陆水域。的关系体现在方程式6.22到6.27不过仍然适用。712年,它的值是系数G (m0)随相位函数的形状。一个有用的措施,对形状的散射相函数的平均余弦散射(见§1.4),我们可以用这个来说明G的依赖的本质(m0)阶段的特征函数。它有助于记住= 1.0对应所有的光子被散射前进方向,没有任何变化,逐步从1.0下降至零对应光子被分散在更广泛和更广泛的角度。简化问题我们可以限制我们的注意力最初G(1.0)的G值垂直入射光(m0 = 1.0)。蒙特卡罗计算光场的各种光学水types712显示(图6.19),如我们所料,这依赖的垂直散射衰减,通过G(1.0)表示,大幅减少散射变得越来越集中在狭窄的角度(ps增加到1.0),,= 1.0时消失。线性回归给了水。

r2 = 0.997。一个合理的近似或者可以表示为

的关系体现在对Kd的函数方程式6.22 - -6.27 a和b在本质上是经验的,因为它们是来自分析所产生的光场现实的蒙特卡罗模拟太阳辐射的命运理想化的水体有广泛的光学特性。Maffione(1998)表明,至少对高浑浊的媒体的关系相当于eqn 6.23中可以推导出纯粹的理论依据。这个方程被发现useful851解释光的传播通过海冰,高度散射光学介质。

的依赖明显的光学性质,Kd,固有光学特性的水,a和b,表示在eqn 6.26或6.27,可以考验在水域表观光学特性(AOP)和固有光学特性(IOP)数据都是可用的。方程被发现适合Kd (PAR)在澳大利亚的内陆水域,USA348 706433723年,1446年和95年日本;也为Kd(1)在几个单色波段可见地区在克莱德海.148,888(苏格兰)

由于散射的程度加剧垂直光衰减可能指出从图6.18 b /比率约为5和12 Kd增加50和100%,分别。类似的效果可以显示真实的水体。在表6.3中,数据显示整个光合波段的散射对衰减的影响在四个不同浊度的澳大利亚内陆水域。表比较Kd的标准计算的值总吸收的频谱水,假设没有散射,与实际测量中的水与辐照度计(PAR)。观察到的比例Kd的计算值是衡量在多大程度上加剧散射光衰减。Kd (PAR)由于散射的增加16%不等Burrinjuck水坝,这是相当清楚的,超过三倍的乔治湖的水很浑浊的。

在我们考虑散射影响衰减的方式我们可以利用eqn 1.63,来自由Preisendorfer辐射传输理论(1961),它表达了垂直向下发光衰减系数作为漫反射吸收和后向散射系数的函数。

表6.3光散射对垂直衰减系数的影响(Kd)辐照度的PAR(400 - 700海里),在四个不同的水体浊度,澳大利亚东南部。从测量Kd值计算吸收光谱比较与那些获得原位量子计。

表6.3光散射对垂直衰减系数的影响(Kd)辐照度的PAR(400 - 700海里),在四个不同的水体浊度,澳大利亚东南部。Kd值计算出测量吸收光谱比较与那些获得原位量子计。

水体	浊度(南大)	Kd(计算)(m - 1)	Kd(观察)(m - 1)	散射的影响
Burrinjuck	1.8	0.775	0.90	1.16
大坝
l . Ginninderra	4.6	0.547	0.90	1.65
l·伯利	17.4	1.333	2.43	1.82
格里芬
l·乔治。	49.0	1.742	5.67	3.25

尽管这种关系不是,针对测量扩散系数的困难,日常实用的,它是在概念上有价值的帮助我们理解的性质和相对重要性的辐射传输机制衰减过程。它告诉我们,向下的辐照度的衰减是三个不同过程的结果,所代表的三种不同的条件方程的右边。吸收从下降流由扩散吸收系数占广告(z),等于a / pd (z),因此必须增加散射导致pd减少。光也从下降流的向上散射光子:这个过程是由分散的反向散射系数下降流,bdd (z)。反对这两个过程是上升流的下行散射光子流,以起到增加下行流量:这是由术语,——bbu (z) R (z),在bbu (z)的扩散反向散射系数是上升流流和irradi-ance反射率R (z)。

对于任何给定的a和b的值,并指定¡3(6)和入射光场,如果辐射分布深度z米蒙特卡罗计算,或其他程序,可以计算出扩散光学性质在那个深度。700因此右边eqn 1.63条款可能会决定一系列的b和a的值,所以三个不同过程的相对重要性可以评估不同类型的水。

eqn 1.63 Kd的绘制与相应的值zm评选(柯克的数据,1981年)。

图6.20显示了这三个术语的价值变化,Kd的价值相比,在zm评选,散射比吸收系数从0.0增加到30.0。在低散射值,b /比率约3、衰减几乎完全是由于吸收,而且scattering-induced衰减的增加主要是由于增加的改变所引起的吸收下降通量的角分布。向上散射的b / a下降流仅略有助于衰减。

b /已经上升到大约7时,向上的散射down-welling流约占25%的衰减和贡献的增加衰减和吸收的增加下降的光。b / a值约11岁和20岁,上升下降的散射光占了0.5和1.0倍eqn 1.63 Kd的绘制与相应的值在zm评选(柯克的数据,1981年)。

图6.20显示了这三个术语的价值变化,Kd的价值相比,在zm评选,散射比吸收系数从0.0增加到30.0。在低散射值,b /比率约3、衰减几乎完全是由于吸收,而且scattering-induced衰减的增加主要是由于增加的改变所引起的吸收下降通量的角分布。向上散射的b / a下降流仅略有助于衰减。

b /已经上升到大约7时,向上的散射down-welling流约占25%的衰减和贡献的增加衰减和吸收的增加下降的光。在b / a值约11岁和20岁,上升下降的散射光衰减的占0.5和1.0倍,分别吸收一样,在更高的b / a值就为衰减的主要机制。上升流的下行散射流,减少衰减,影响不大的下部的b / a值范围研究,但成为重要的b / a = 6起,和衰减的抵消很大一部分由于其他两个进程在b / a值范围12 - 30。

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