Зависимость от длины волны

Чтобы оценить климатические последствия выбросов дыма, необходимо знать величины экстинкции и поглощения солнечного излучения и инфракрасного теплового излучения. К сожалению, оптические свойства веществ в инфракрасном диапазоне длин волн с трудом поддаются измерению, поэтому большая часть доступной информации имеет качественный или умозрительный характер.
Расчеты Турко и др. (Turco et al., 1983) и Рамасвами и Киля (Ramaswamy, Klehl, 1985), проведенные для эквивалентных сферических частиц, показали, что фактор интенсивности ослабления при А,= 10 мкм примерно в 10—15 раз меньше, а коэффициент поглощения примерно в 5 раз меньше, чем при А = 0,5мкм. Последний изменяется несколько слабее из-за того, что в инфракрасной части спектра рассеяние менее существенно, чем поглощение. Измерения коэффициента пропускания (O’Sullivan, Ghosh, 1973; Randhawa, Van der Laan, 1980) дают основание полагать, что в определенных случаях отношение коэффициентов поглощения в видимой и инфракрасной частях спектра может быть равно 1 : 100. Так как оптическая толщина экстинкции аэрозоля прямо пропорциональна фактору интенсивности ослабления, эти данные показывают, что в видимой части спектра оптическая толщина дыма значительно больше, чем в инфракрасной (что в целом справедливо для атмосферных аэрозолей).
Качественную информацию о зависимости оптической толщины дыма и фактора интенсивности ослабления от длины волны в реальных пожарах дают фотографии, сделанные со спутников. При многократном фотографировании одного и того же участка земной поверхности в различных спектральных интервалах облако дыма, образующееся при лесном или степном пожаре или при горении сельскохозяйственных культур, ясно видно при съемке в зеленых лучах (с Я = 0,5 мкм), плохо различимо при Я = 3 мкм и совершенно отсутствует при Х= 10 мкм (Matson et al., 1984; Brass, частное сообщение). В настоящее время делаются попытки использовать прозрачность дымового облака в инфракрасной и близкой инфракрасной частях спектра для обнаружения лесных пожаров и слежения за ними.
Что касается дыма, образующегося при пожарах в городах и на промышленных предприятиях, то данные о его оптических свойствах в инфракрасном диапазоне практически отсутствуют. Крайне необходимы дальнейшие лабораторные и натурные исследования этого дыма для того, чтобы количественно определить зависимость поглощения и экстинкции от длины волны.
В некоторых комментариях к гипотезе «ядерной зимы» (см., например, Bigg, 1985) высказывалось предположение, что из-за образования при коагуляции крупных частиц оптическая толщина дыма в инфракрасном диапазоне может быть даже больше, чем в видимой части спектра. В подтверждение часто упоминают наблюдения голубого Солнца в Европе в 1950 г. (Bull, 1951). Такое явление было вызвано присутствием в атмосфере аэрозоля, образовавшегося в лесных пожарах в Канаде (Wex-ler, 1950).
Мелкие частицы, образующиеся при горении, более эффективно рассеивают коротковолновое (синее) излучение, чем длинноволновое (красное), в то время как их поглощающие свойства в видимом диапазоне примерно постоянны. Поэтому, когда мы смотрим сквозь образовавшееся незадолго до момента наблюдения «свежее» облако дыма, Солнце кажется красным. С течением времени за счет коагуляции в дыме образуются более крупные частицы, рассеивающие свойства которых примерно одинаковы во всем видимом диапазоне. Закрытое таким дымом Солнце выглядит белым или светло-серым в зависимости от оптической толщины дымового облака. На основе соображений экстраполяционного характера в работе Бигга (Bigg, 1985) голубой цвет Солнца объясняется наличием очень больших частиц (с радиусом от 1 до 10 мкм и больше), образовавшихся при коагуляции дыма, происходившей во время его переноса ветрами из Канады в Европу. Кроме того, измерения мутности атмосферы в г. Эдинбурге показали, что оптическая толщина дымовых облаков при А = 0,6 мкм была больше, чем при Я = 0,4 мкм (Wilson, 1950). Однако голубой цвет Солнца и результаты измерений можно объяснить (Porch et ai, 1973; Patterson, частное сообщение), если предположить, что распределение частиц по размерам в облаках дыма было очень «узким», со средним по распределению радиусом 0,5 мкм. Если принять во внимание значительное время, которое частицы находились в воздухе, то последнее предположение кажется более оправданным. При переносе на такое большое расстояние частицы радиусом порядка 10 мкм, вероятно, были бы удалены из атмосферы за счет гравитационного оседания.