جذب و گسیل توسط گازهای جوی
چگونگی تعیین طول موجهایی که گازهای جوی جذب و گسیل میکنند توسط ساختار مولکولی، و شکلدهی به طیف تابشی که به فضا و سطح زمین میرسد.
Definition
جذب و گسیل توسط گازهای جوی، برهمکنش انتخابی طول موجی تابش با مولکولهای گاز است که توسط گذارهای انرژی کوانتیده کنترل میشود و تعیین میکند که چگونه جو تابش را منتقل، جذب و بازگسیل میکند.
Scope
شامل گذارهای چرخشی، ارتعاشی و الکترونیکی مولکولی؛ باندهای جذبی بخار آب، دیاکسید کربن، ازن، متان و اکسید نیتروژن؛ اشکال خطی و پهنشدگی فشاری و دوپلر؛ مدلهای باندی و محاسبات خط به خط؛ پنجره جوی؛ و پایگاههای داده طیفسنجی مورد استفاده برای محاسبه جذب گازی.
Core questions
- چرا گازهای مختلف در طول موجهای مشخصی جذب میکنند؟
- چه چیزی قدرت و عرض خطوط جذب منفرد را تعیین میکند؟
- چرا جو در پنجره فروسرخ حرارتی نزدیک 10 میکرومتر نسبتاً شفاف است؟
Key theories
- طیفسنجی مولکولی گازهای جوی
- گذارهای چرخشی و ارتعاشی کوانتیده، خطوط جذب گسستهای را تولید میکنند که موقعیت و قدرت آنها توسط ساختار مولکولی تعیین میشود و برای محاسبات تابشی در پایگاههای دادهای مانند HITRAN سازماندهی شدهاند.
Mechanisms
یک مولکول گاز فوتون را زمانی جذب میکند که انرژی آن با گذاری بین حالتهای چرخشی، ارتعاشی یا الکترونیکی کوانتیده مطابقت داشته باشد؛ گازهای گلخانهای مانند دیاکسید کربن و بخار آب دارای باندهای ارتعاشی-چرخشی قوی در فروسرخ هستند. خطوط منفرد توسط برخوردهای مولکولی (پهنشدگی فشاری) در ارتفاعات پایین و توسط حرکت حرارتی (پهنشدگی دوپلر) در ارتفاعات بالا پهن میشوند. خطوط همپوشان باندهای جذبی را تشکیل میدهند و پنجرههای طیفی نسبتاً شفافی را باقی میگذارند که در آن سطح به طور کارآمد به فضا تابش میکند.
Clinical relevance
دادههای دقیق جذب گازی، زیربنای طرحهای تابشی در مدلهای آب و هوا و بازیابی دما و غلظت گازهای ردیاب از طیفسنجهای ماهوارهای و زمینی هستند.
History
اندازهگیریهای آزمایشگاهی تیندال در قرن نوزدهم برای اولین بار جذب قوی فروسرخ بخار آب و دیاکسید کربن را آشکار کرد. طیفسنجی قرن بیستم خطوط مولکولی منفرد را تفکیک کرد، و مجموعههایی مانند پایگاه داده HITRAN، که از دهه 1970 نگهداری میشود، اکنون پارامترهای خطی مورد استفاده در محاسبات مدرن انتقال تابش را فراهم میکنند.
Key figures
- John Tyndall
- Kuo-Nan Liou
Related topics
Seminal works
- liou2002
- gordon2022
Frequently asked questions
- پنجره جوی چیست؟
- پنجره جوی نواری از فروسرخ حرارتی نزدیک 8 تا 12 میکرومتر است که در آن جو شفاف به طور ضعیفی جذب میکند و به سطح اجازه میدهد تا گرما را مستقیماً به فضا تابش کند.