大気中の放射伝達

放射エネルギーが大気中を伝播する際に、どのように吸収、放出、散乱されるかを数学的および物理的に記述したもの。

Definition

放射伝達とは、電磁放射の強度が、それを吸収、放出、散乱する媒体を通過する経路に沿って変化する過程であり、放射伝達方程式によって支配される。

Scope

放射伝達方程式とその吸収、放出、多重散乱条件下での解法、光学的深さと消散、Beer-Lambertの減衰、ソース関数と熱放射、散乱位相関数、および放射モデルで用いられる二流束法や離散座標法などの近似について扱う。

Core questions

• 吸収および散乱する大気中を伝播する放射強度はどのように変化するか？
• 吸収、放出、散乱はどのように単一の伝達方程式に統合されるか？
• 数値モデルにおいて放射伝達を扱いやすくする近似にはどのようなものがあるか？

Key theories

放射伝達方程式

経路に沿った放射強度の変化を、消散による損失と、熱放射および内向き散乱による増加に関連付ける微分方程式であり、光学的深さと単一散乱アルベドによってパラメータ化される。

Mechanisms

無限小経路に沿って、強度は吸収と外向き散乱（消散、光学的深さによって表現される）によって減少し、プランク関数と局所温度に依存する熱放射、および位相関数によって記述される他の方向からの内向き散乱によって増加する。解法は、吸収媒体に対する単純なBeer-Lambert減衰から、離散座標法や二流束法のような多重散乱処理まで多岐にわたる。

Clinical relevance

放射伝達コードは、衛星リモートセンシングのデータ取得、気象・気候モデルの放射スキーム、および画像の気象補正の基盤となっている。

History

シュヴァルツシルトによる恒星大気における放射平衡の初期の扱いを発展させ、チャンドラセカールが1950年に発表したモノグラフ『Radiative Transfer』は、後に惑星大気に適用され、運用中の放射モデルに組み込まれる厳密な枠組みを確立した。

Key figures

• Subrahmanyan Chandrasekhar
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• chandrasekhar1960
• liou2002

Frequently asked questions

光学的深さとは何か？

光学的深さは、放射ビームが経路に沿ってどれだけ減衰するかを示す無次元の尺度である。光学的深さが1であるということは、強度が消散によって約2.7分の1に減少することを意味する。