สมบัติทางทัศนศาสตร์ของละอองลอยและผลกระทบจากการแผ่รังสี

การที่อนุภาคละอองลอยกระจายและดูดกลืนแสง และผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อมที่เกิดขึ้นต่อสมดุลการแผ่รังสีของโลก

Definition

สมบัติทางทัศนศาสตร์ของละอองลอยอธิบายว่าอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กับการแผ่รังสีอย่างไร และผลกระทบจากการแผ่รังสีของละอองลอยคือการรบกวนที่เกิดขึ้นต่อการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานจากโลกผ่านชั้นบรรยากาศ

Scope

ครอบคลุมทฤษฎีการกระเจิงของ Mie ที่ประยุกต์ใช้กับละอองลอย, ประสิทธิภาพการกระเจิงและการดูดกลืนและค่าอัลบีโดของการกระเจิงเดี่ยว, ความลึกเชิงแสงของละอองลอย, ผลกระทบจากการแผ่รังสีโดยตรงของอนุภาคที่กระเจิงและดูดกลืน, บทบาทของคาร์บอนดำ, และผลกระทบทางอ้อมที่เกิดจากเมฆ

Core questions

• ขนาดและองค์ประกอบของอนุภาคกำหนดการกระเจิงและการดูดกลืนได้อย่างไร?
• ความลึกเชิงแสงของละอองลอยคืออะไร และวัดได้อย่างไร?
• ละอองลอยบังคับสภาพภูมิอากาศโดยตรงและโดยอ้อมผ่านเมฆได้อย่างไร?

Key theories

ทฤษฎีการกระเจิงของ Mie

คำตอบที่แม่นยำของการกระเจิงแสงโดยอนุภาคทรงกลมที่เชื่อมโยงขนาดและดัชนีการหักเหของอนุภาคเข้ากับประสิทธิภาพการกระเจิงและการดูดกลืนของอนุภาค

การบังคับทางรังสีของละอองลอย

ละอองลอยที่กระเจิงจะเพิ่มค่าอัลบีโดของดาวเคราะห์และทำให้เย็นลง ละอองลอยที่ดูดกลืนจะทำให้ชั้นบรรยากาศร้อนขึ้น และผลกระทบของละอองลอยต่อเมฆจะเพิ่มการบังคับที่ยังไม่แน่นอนมากขึ้นไปอีก

Mechanisms

เมื่อขนาดอนุภาคใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของแสง การกระเจิงและการดูดกลืนจะถูกอธิบายโดยทฤษฎี Mie ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ขนาดและดัชนีการหักเหเชิงซ้อน ค่าอัลบีโดของการกระเจิงเดี่ยวกำหนดสมดุลระหว่างการทำให้เย็นลงโดยการกระเจิงและการทำให้ร้อนขึ้นโดยการดูดกลืน เมื่อรวมตลอดทั้งคอลัมน์ การลดทอนจะให้ความลึกเชิงแสงของละอองลอย ผลกระทบโดยตรงจะเปลี่ยนแปลงสมดุลการแผ่รังสีทันที ในขณะที่ผลกระทบทางอ้อมเกิดขึ้นเมื่อละอองลอยเปลี่ยนแปลงจำนวนหยดเมฆ ความสว่าง และอายุของเมฆ

Clinical relevance

สมบัติทางทัศนศาสตร์ของละอองลอยควบคุมทัศนวิสัย การดึงข้อมูลปริมาณละอองลอยจากดาวเทียม และขนาดของการบังคับทางสภาพภูมิอากาศของละอองลอย ซึ่งเป็นแหล่งความไม่แน่นอนหลักในการคาดการณ์สภาพภูมิอากาศ

History

การแก้ปัญหาของ Gustav Mie ในปี 1908 สำหรับการกระเจิงโดยทรงกลมได้วางรากฐานทางทัศนศาสตร์ และการหาปริมาณการบังคับทางรังสีของละอองลอยได้กลายเป็นความพยายามครั้งสำคัญตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เมื่อความสำคัญของมันต่อสมดุลสภาพภูมิอากาศได้รับการยอมรับในการประเมินของ IPCC

Key figures

• Gustav Mie
• Craig Bohren

Seminal works

• bohrenHuffman1983
• boucher2013

Frequently asked questions

ความลึกเชิงแสงของละอองลอยคืออะไร?

ความลึกเชิงแสงของละอองลอยคือการวัดว่าละอองลอยในคอลัมน์แนวตั้งลดทอนแสงโดยการกระเจิงและการดูดกลืนไปมากน้อยเพียงใด; ค่าที่สูงขึ้นหมายถึงอากาศที่ขุ่นมัวและมีอนุภาคมากขึ้น