Transfert radiatif dans l'atmosphère

La description mathématique et physique de la manière dont l'énergie radiante est absorbée, émise et diffusée lorsqu'elle traverse l'atmosphère.

Definition

Le transfert radiatif est le processus par lequel l'intensité du rayonnement électromagnétique varie le long d'un trajet à travers un milieu qui l'absorbe, l'émet et le diffuse, régi par l'équation du transfert radiatif.

Scope

Couvre l'équation du transfert radiatif et sa solution dans des conditions d'absorption, d'émission et de diffusion multiple ; la profondeur optique et l'extinction ; l'atténuation de Beer-Lambert ; les fonctions sources et l'émission thermique ; les fonctions de phase de diffusion ; et les approximations telles que les méthodes à deux flux et à ordonnées discrètes utilisées dans les modèles de rayonnement.

Core questions

• Comment l'intensité radiante évolue-t-elle le long d'un trajet à travers une atmosphère absorbante et diffusante ?
• Comment l'absorption, l'émission et la diffusion sont-elles combinées dans une seule équation de transfert ?
• Quelles approximations rendent le transfert radiatif traitable dans les modèles numériques ?

Key theories

L'équation du transfert radiatif

Une équation différentielle reliant la variation de l'intensité radiante le long d'un trajet aux pertes dues à l'extinction et aux gains dus à l'émission thermique et à la diffusion dans le faisceau, paramétrée par la profondeur optique et l'albédo de diffusion simple.

Mechanisms

Le long d'un trajet infinitésimal, l'intensité est réduite par l'absorption et la diffusion hors du faisceau (extinction, exprimée par la profondeur optique) et augmentée par l'émission thermique, qui dépend de la fonction de Planck et de la température locale, ainsi que par la diffusion dans le faisceau du rayonnement provenant d'autres directions, décrite par la fonction de phase. Les solutions vont de la simple atténuation de Beer-Lambert pour les milieux absorbants aux traitements de diffusion multiple tels que les méthodes à ordonnées discrètes et à deux flux.

Clinical relevance

Les codes de transfert radiatif sont les moteurs des récupérations de télédétection par satellite, des schémas de rayonnement des modèles météorologiques et climatiques, et de la correction atmosphérique des images.

History

S'appuyant sur le traitement précoce de Schwarzschild de l'équilibre radiatif dans les atmosphères stellaires, la monographie de Chandrasekhar de 1950, Radiative Transfer, a établi le cadre rigoureux ultérieurement adapté aux atmosphères planétaires et intégré dans les modèles de rayonnement opérationnels.

Key figures

• Subrahmanyan Chandrasekhar
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• chandrasekhar1960
• liou2002

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la profondeur optique ?

La profondeur optique est une mesure sans dimension de l'atténuation d'un faisceau de rayonnement le long d'un trajet ; une profondeur optique de un signifie que l'intensité est réduite d'un facteur d'environ 2,7 par l'extinction.