Перенос излучения в атмосфере

Математическое и физическое описание того, как лучистая энергия поглощается, излучается и рассеивается при прохождении через атмосферу.

Definition

Перенос излучения — это процесс, при котором интенсивность электромагнитного излучения изменяется вдоль пути через среду, которая его поглощает, излучает и рассеивает, и который описывается уравнением переноса излучения.

Scope

Охватывает уравнение переноса излучения и его решение в условиях поглощения, излучения и многократного рассеяния; оптическую толщину и экстинкцию; ослабление по закону Бугера-Ламберта-Бера; функции источника и тепловое излучение; фазовые функции рассеяния; а также такие приближения, как двухпотоковый метод и метод дискретных ординат, используемые в радиационных моделях.

Core questions

• Как изменяется интенсивность излучения вдоль пути через поглощающую и рассеивающую атмосферу?
• Как поглощение, излучение и рассеяние объединены в одном уравнении переноса?
• Какие приближения делают перенос излучения разрешимым в численных моделях?

Key theories

Уравнение переноса излучения

Дифференциальное уравнение, связывающее изменение интенсивности излучения вдоль пути с потерями от экстинкции и приростом от теплового излучения и рассеяния в пучок, параметризованное оптической толщиной и однократным альбедо рассеяния.

Mechanisms

Вдоль бесконечно малого пути интенсивность уменьшается за счет поглощения и рассеяния из пучка (экстинкция, выраженная через оптическую толщину) и увеличивается за счет теплового излучения, которое зависит от функции Планка и локальной температуры, а также за счет рассеяния излучения из других направлений, описываемого фазовой функцией. Решения варьируются от простого ослабления по закону Бугера-Ламберта-Бера для поглощающих сред до методов многократного рассеяния, таких как метод дискретных ординат и двухпотоковый метод.

Clinical relevance

Коды переноса излучения являются основой для получения данных дистанционного зондирования со спутников, радиационных схем в моделях погоды и климата, а также атмосферной коррекции изображений.

History

Основываясь на ранних работах Шварцшильда по радиационному равновесию в звездных атмосферах, монография Чандрасекара 1950 года «Перенос излучения» заложила строгую основу, которая позже была адаптирована к планетарным атмосферам и внедрена в операционные радиационные модели.

Key figures

• Subrahmanyan Chandrasekhar
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• chandrasekhar1960
• liou2002

Frequently asked questions

Что такое оптическая толщина?

Оптическая толщина — это безразмерная мера того, насколько пучок излучения ослабляется вдоль пути; оптическая толщина, равная единице, означает, что интенсивность уменьшается примерно в 2,7 раза за счет экстинкции.