Лесной пожар представляет собой очень мощный и сложный источник изучения, точный расчет интенсивности спектрального состава которого, представляет весьма сложную теоретическую задачу. В большинстве случаев лесные пожары в начальной стадии носят низовой характер, т.е. сгорают: сухая трава, лесная подстилка из опавших листьев, хвои и сучьев, подрост и подлесок. Высота пламени в этих случаях достигает 2-3м, при ширине горящей кромки 0,5-1,5м. Температура пламени колеблется в пределах 600-1200оС на кромке пожара, охватывающей по периметру выгоревшую площадь с температурой 80-120оС.
В лесном пожаре можно выделить по крайней мере четыре изучающих компонента, имеющих различный спектральный состав излучения: раскаленную твердую поверхность горящей древесины, угли, пламя и дым. Все они вносят свой вклад в суммарный спектральный состав изучения лесного пожара, но вклад каждого компонента различен.
Раскаленная поверхность горящей древесины (1400-1500К) и угли имеющие различную температуру - это источники с непрерывным распределением энергии излучения по спектру, т.е. по длинам волн. Пламя же лесного пожара весьма сложный источник излучения, имеющий полосовую структуру распределения энергии по длинам волн. Излучаемая пламенем энергия приходится главным образом на длины волн, соответствующие полосам поглощения веществ, содержащихся в пламени. Продукты, выделяемые при сгорании древесины ( в основном это водяные пары и углекислый газ), имеют в ближней инфракрасной (ИК) зоне спектра несколько характерных полос поглощения с центрами на длинах волн порядка: 1,3; 1,87; 2,7; 3,6; 6,3 мкм для воды, и 2,7 и 4,3 мкм для углекислого газа.
Интенсивность каждой спектральной полосы меняется в зависимости от температуры пламени. Кроме того внутри пламени имеются несгоревшие частицы, дающие в дополнение к полосовой структуре непрерывную составляющую излучения как в видимой, так и в ИК зонах спектра. Суммарный полосовой состав излучения пламени весьма сложен и непрерывно изменяется во времени, поскольку из-за турбулентности Среды в зоне горения наблюдаются различные его участки.
Таким образом на непрерывную составляющую изучения раскаленной древесины и углей накладывается случайная полосовая составляющая пламени.
Наконец, последний излучающий компонент - дым (совокупность остывающих твердых мелких частиц, взвешенных в нагретом воздухе), также являются с непрерывным спектром. Температура дыма значительно ниже температуры пламени, поэтому собственное излучение этого компонента расположена только в инфракрасной части спектра. Дымы рассеивают и поглощают более коротковолновое излучение пламени, углей и горящей древесины. Из-за присутствия дыма интенсивность излучения и спектральный состав излучения лесного пожара являются сложными функциями изменяющимися во времени и зависящими от многих факторов.
Исследование характеристик ИК излучения лесного пожара и его отдельных элементов является исходным звеном в процессе создания аппаратуры дистанционного обнаружения лесных пожаров. Любой процесс происходит на основе использования определенных законов. В данной дипломной работе необходимо рассмотреть законы излучения в инфракрасной области спектра и пропускание этого излучения атмосферой Излучение абсолютно черного тела описывается следующими законами:
I Закон Планка - определяет теоретически распределение энергии в спектре излучения
2.6.1.
где - спектральный радиационный выход энергии;
- излучательная способность (коэффициент излучения), безразмерная величина;
- первая константа излучения, 3,7413х108 Вт х мкм4/м;
- длина волны излучения, мкм;
- вторая константа излучения - 1,4388х104 мкм х К;
- абсолютная температура излучения, К.
П Закон Стефана - Больцмана
2.6.2.
где - радиационный выход энергии;
- постоянная величина - 3,14;
- постоянная излучения Стефана-Больцмана, =5,6693х10-8 Вт/м2 х К4.
Ш Закон Стефана Больцмана-Планка
2.6.3.
где - интегральная плотность излучения АЧТ;
- постоянная излучения Планка.
При прохождении через земную атмосферу тепловое излучение поглощается и рассеивается молекулами газа, скоплениями молекул (аэрозолями) и парами воды. Ниженазванные молекулы поглощают ИК излучение в полосах спектра с центрами, соответствующими указанными длинам волн (перечислены в порядке важности): воды (2,7; 3,2; 6,3 мкм), углекислого газа (2,7; 4,3; 15 мкм); озона (4,8; 9,6; 14,2 мкм), закиси азота (4,7; 7,8 мкм), окиси углерода (4,8 мкм) и метана (3,2; 7,8 мкм). Наиболее сильно излучение поглощается парами воды, углекислым газом и озоном. Полосы с центрами 2,7 и 15 мкм (СО2) и с центром 6,3 мкм (водяной пар), поглощающие излучение, ограничивают пропускание излучения атмосферой в диапазоне длин волн 2-20 мкм, определяя положение двух окон прозрачности: 3,5-5 и 8-14 мкм. На данных длинах волн коэффициент пропускания атмосферы определяется законом Бцера Ламберта
2.6.4.
где L - дальность от объекта излучения до объекта измерения этого излучения, м.
Глобальные экологические проблемы
Всякий раз, выбирая тему исследования – одну из
нескольких предложенных, – задаёшься вопросом: «А почему именно ее?..»
Глобальные экологические проблемы… Вспоминаются пресные безжизненные призывы откуда-то
из начальных классов: не ло ...
Транспорт и окружающая среда
Наибольшее
загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетических установок,
работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо,
мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязнения определяется
состав ...