الامتصاص والانبعاث بواسطة الغازات الجوية
كيف تحدد البنية الجزيئية الأطوال الموجية التي تمتصها وتنبعثها الغازات الجوية، مما يشكل طيف الإشعاع الذي يصل إلى الفضاء والسطح.
Definition
الامتصاص والانبعاث بواسطة الغازات الجوية هو التفاعل الانتقائي للأطوال الموجية للإشعاع مع جزيئات الغاز، والذي تحكمه انتقالات الطاقة الكمومية، ويحدد كيفية نقل الغلاف الجوي للإشعاع وامتصاصه وإعادة انبعاثه.
Scope
يغطي الانتقالات الدورانية والاهتزازية والإلكترونية الجزيئية؛ نطاقات امتصاص بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأوزون والميثان وأكسيد النيتروز؛ أشكال الخطوط وتوسيع الضغط وتوسيع دوبلر؛ نماذج النطاقات وحسابات الخطوط الفردية؛ النافذة الجوية؛ وقواعد البيانات الطيفية المستخدمة لحساب الامتصاص الغازي.
Core questions
- لماذا تمتص الغازات المختلفة عند أطوال موجية مميزة؟
- ما الذي يحدد قوة وعرض خطوط الامتصاص الفردية؟
- لماذا يكون الغلاف الجوي شفافًا نسبيًا في نافذة الأشعة تحت الحمراء الحرارية بالقرب من 10 ميكرومترات؟
Key theories
- المطيافية الجزيئية للغازات الجوية
- تنتج الانتقالات الدورانية والاهتزازية الكمومية خطوط امتصاص منفصلة تحدد مواقعها وقوتها البنية الجزيئية، ويتم تنظيمها في قواعد بيانات مثل HITRAN لإجراء الحسابات الإشعاعية.
Mechanisms
يمتص جزيء الغاز فوتونًا عندما تتطابق طاقته مع انتقال بين حالات دورانية أو اهتزازية أو إلكترونية كمومية؛ وتمتلك غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء نطاقات اهتزازية-دوارنية قوية في الأشعة تحت الحمراء. تتسع الخطوط الفردية بفعل التصادمات الجزيئية (توسيع الضغط) على الارتفاعات المنخفضة وبفعل الحركة الحرارية (توسيع دوبلر) على الارتفاعات العالية. تشكل الخطوط المتداخلة نطاقات امتصاص، تاركة نوافذ طيفية شفافة نسبيًا حيث يشع السطح بكفاءة إلى الفضاء.
Clinical relevance
تُعد بيانات الامتصاص الغازي الدقيقة أساسًا لخطط الإشعاع في نماذج الطقس والمناخ واسترجاع درجات الحرارة وتركيزات الغازات النزرة من المطياف الفضائي والأرضي.
History
كشفت قياسات تيندال المخبرية في القرن التاسع عشر لأول مرة عن الامتصاص القوي للأشعة تحت الحمراء لبخار الماء وثاني أكسيد الكربون. حلت مطيافية القرن العشرين الخطوط الجزيئية الفردية، وتوفر المجموعات مثل قاعدة بيانات HITRAN، التي يتم صيانتها منذ السبعينيات، الآن معلمات الخطوط المستخدمة في حسابات نقل الإشعاع الحديثة.
Key figures
- John Tyndall
- Kuo-Nan Liou
Related topics
Seminal works
- liou2002
- gordon2022
Frequently asked questions
- ما هي النافذة الجوية؟
- النافذة الجوية هي نطاق من الأشعة تحت الحمراء الحرارية يتراوح بين 8 إلى 12 ميكرومتر حيث يمتص الغلاف الجوي الصافي بشكل ضعيف، مما يسمح للسطح بإشعاع الحرارة مباشرة إلى الفضاء.