Głębokość optyczna: Różnice pomiędzy wersjami

[[Grafika:Grubosc.svg|thumb|200px|Natężenie światła zmienia się w ośrodku, w którym następuje rozpraszanie i absorpcja. Grubość optyczna jest proporcjonalna nie tylko do grubości fizycznej, ale także do własności optycznych ośrodka.]]
'''Głębokość optyczna''' ([[grubość optyczna]]) - parametr ośrodka, opisujący zmianę natężenia [[Światło|światła]] podczas jego przechodzenia przez ośrodki takie jak gazy[[gaz]]y, [[chmura|chmury]], [[fitoplankton]] w [[woda|wodzie]] i inne zawiesiny. Grubość optyczna jest proporcjonalna do grubości fizycznej ośrodka, oraz jego własności optycznych.

Przykładem, jak różna może być grubość fizyczna od optycznej jest transmisja [[światło widzialne|światła widzialnego]] i [[podczerwień|podczerwonego]] przez 1cm1[[metr|cm]] słupa wody. Światło widzialne jest prawie w całości transmitowane, podczas gdy światło podczerwone jest całkowicie zaabsorbowane.

Zmiana natężenia [[promieniowanie elektromagnetyczne|promieniowania]] na małym odcinku <math> ds </math>, wzdłuż którego rozchodzi się promieniowanie, równa jest różnicy natężenia promieniowania na początku i końcu odcinka, zgodnie z [[Prawo Beera|prawem Beera]] jest proporcjonalna do natężenia promieniowania, długości odcinka, oraz współczynnika opisującego własności optyczne ośrodka:

gdzie β<mathsub> \beta_e e</mathsub> jest współczynnikiem atenuacji (ekstynkcji) i zależy od własności ośrodka, dla małej drogi <math> ds </math> wielkość ta jest stała. Dla dłuższej drogi z powyższego wzoru wynika następujące wyrażenie:

Wielkość τ(s<mathsub>1</sub> \tau(s_1, s_2)s_{2</mathsub>) dla danej [[Długość fali|długości fali]] jest zależna tylko od własności ośrodka, przez które przechodzi promieniowanie i jest nazywana ''grubośćgrubością optyczną''. Gdy ośrodek nie pochłania i nie rozprasza promieniowania, to jego grubość optyczna jest równa 0, co zachodzi, gdy grubość fizyczna ośrodka jest równa 0 (s<mathsub>1} s_1 = s_2 s<sub>2</mathsub>) lub gdy współczynnik ekstynkcji jest równy 0 na całej drodze pomiędzy punktami s<mathsub> s_1 1</mathsub> i s<mathsub> s_2 2</mathsub>.

gdzie β<mathsub>a</sub> \beta_a(s) orazβ</mathsub> oraz s<math/sub> \beta_s(s) </math> są współczynnikami rozpraszania i absorpcji ośrodka.

Głębokość optyczna jest używana dla określenia penetracji światła, np przy rozpatrywaniu promieniowania słonecznego od słońca do określonej wysokości w atmosferze. Inną sytuacją jest penetracją promieniowania w głąb morza. Dla opisu skończonych warstw materiału, np transmisji światła przez kartkę papieru[[papier]]u, używa się pojęcia ''grubość optyczna''.

Transmitancja (transmisja) pomiędzy dwoma punktami s<mathsub> s_1 1</mathsub> oraz s<mathsub> s_2 2</mathsub> jest opisana przez

gdzie τ<mathsub>\tau_\lambdaλ</mathsub> jest grubością optyczną dla długości fali <math>\lambda</math>λ, oraz <math>\tau_{\lambda_0}</math> jest grubością optyczną dla referencyjnej długości fali λ<mathsub>\lambda_00</mathsub>.

W atmosferze pomiary grubości optycznej dokonywane są za pomocą sunfotometrów. [[AERONET]] jest przykładem sieci sunfotometrów (fotometrów słonecznych) służących do pomiaru zmiany natężenia dochodzącego promieniowania słonecznego w kilu długościach fal. Bezpośrednie pomiary atenuacji promieniowania słonecznego umożliwiają pomiar aerozolowej grubości optycznej. W atmosferze typowa wartość grubości optycznej w długości fali 500nm nad czystymi obszarami oceanu wynosi około 0.,2. Rejony o grubości optycznej 0.,5 są znacznie zanieczyszczone. Mimo to aerozolowa grubość optyczna w przypadku np aerozoli pustynnych może dochodzić do 1-2 w 500nm.

== Grubość optyczna i [[stała słoneczna]] ==

Optyczna grubość atmosfery (głównie związana z pyłami zawieszonymi) wpływa na pomiar [[stała słoneczna|stałej słonecznej]]. Grubość optyczna atmosfery jest modyfikowana przez chmury, ale nawet przy bezchmurnym niebie naturalne i antropogeniczne zanieczyszczenia (pyły pustnnepustynne, [[sól]] morska, siarczany, i [[sadza|sadze]], wybuchy wulkaniczne) wpływają na aerozolową grubość optyczną, a co za tym idzie na natężenie dochodzącego promieniowania. Mimo to pierwsze pomiary stałej słonecznej (Pouillet) robiono z ziemi, uwzględniając poprawkę na eksponencjalną zależność transmisji atmosfery od grubości optycznej. Radau i Langley pokazali, że prawo Bouguera stosuje się tylko do monochromatycznego promieniowania, podczas gdy promieniowanie słoneczne nie jest monochromatyczne. Langley, około roku 1880 wynalazł aparaturę i metodę do oceny promieniowania słonecznego przed wejściem do atmosfery za pomocą wielokrotnych pomiarów, przy różnych warunkach przejścia promieniowania przez atmosferę. Langley podjął próbę oceny natężenia promieniowania słonecznego, umieszczając aparaturę na szczycie [[Mount Whitney]], a poprzez dokonywanie pomiarów o różnej porze [[dzień|dnia]] próbował uwzględnić wpływ pochłaniania i rozpraszania atmosfery (patrz [[metoda Langleya]])

Grubość optyczna gra też istotną rolę w satelitarnych[[satelita]]rnych algorytmach teledetekcyjnych. Dla przykładu [[fitoplankton|kolor]] oceanu[[ocean]]u jest kombinacją oddziaływania światła widzialnego z barwnikami fitoplanktonu[[fitoplankton]]u. Za pomocą pomiarów satelitarnych w różnych długościach światła widzialnego (najczęściej za pomocą pomiaru w kolorze zielonym i niebieskim) można wyznaczyć ilość chlorofilu[[chlorofil]]u. Niestety światło nie jest odbijane bezpośrednio przez przez fitoplankton w wodzie, ale przechodzi przez całacałą atmosferę i to dwukrotnie - do dołu, i, po odbiciu, do góry. Grubość optyczna atmosfery powoduje, że kolor oceanu jest znacznie modyfikowany. W tym przypadku grubość optyczna atmosfery jest nazywana poprawką atmosferyczną.

: τ<mathsub> \tau_{\rm PAR}</sub> = -\ln(0.01) =≈ 4,605.605 </math>

Istnieją przybliżone metody oszacowania głębokości eufotycznej na podstawie obserwacji widzialności w wodzie [[dysk Secchi|dysku Secchi]]. Podobnie w atmosferze widzialność i grubość optyczna są związane ze sobą związane, chociaż parameteryparametry takie jak kontrast pomiędzy otoczeniem i obiektem wpływają na tę relację.

GruboścGrubość optyczną można w pewnych przypadkach wyznaczyć bezpośrednio z pomiarów zmiany natężenia promieniowania promieniowania w ośrodku. W tym celu mierzy się natężenie światła w dwóch punktach dzięki czemu można wyznaczyć transmisję zdefiniowaną jako