Tính chất quang học và Hiệu ứng bức xạ của sol khí

Cách các hạt sol khí tán xạ và hấp thụ ánh sáng, cùng với các hiệu ứng trực tiếp và gián tiếp lên cân bằng bức xạ của Trái Đất.

Definition

Tính chất quang học của sol khí mô tả cách các hạt tương tác với bức xạ, và hiệu ứng bức xạ của sol khí là những nhiễu loạn gây ra đối với dòng năng lượng mặt trời và năng lượng bức xạ từ Trái Đất đi qua khí quyển.

Scope

Bao gồm lý thuyết tán xạ Mie áp dụng cho sol khí, hiệu suất tán xạ và hấp thụ cùng suất phản chiếu tán xạ đơn, độ sâu quang học của sol khí, hiệu ứng bức xạ trực tiếp của các hạt tán xạ và hấp thụ, vai trò của carbon đen, và các hiệu ứng gián tiếp thông qua các đám mây.

Core questions

• Kích thước và thành phần hạt quyết định sự tán xạ và hấp thụ như thế nào?
• Độ sâu quang học của sol khí là gì và được đo như thế nào?
• Sol khí tác động đến khí hậu trực tiếp và gián tiếp thông qua các đám mây như thế nào?

Key theories

Lý thuyết tán xạ Mie

Một giải pháp chính xác về tán xạ ánh sáng bởi các hạt hình cầu, liên hệ kích thước và chỉ số khúc xạ của hạt với hiệu suất tán xạ và hấp thụ của nó.

Lực bức xạ sol khí

Các sol khí tán xạ làm tăng suất phản chiếu của hành tinh và làm mát, các sol khí hấp thụ làm ấm khí quyển, và các hiệu ứng của sol khí lên các đám mây bổ sung thêm một lực bức xạ khác, không chắc chắn hơn.

Mechanisms

Khi kích thước hạt tương đương với bước sóng ánh sáng, sự tán xạ và hấp thụ được mô tả bằng lý thuyết Mie, lý thuyết này cho ra các hiệu suất phụ thuộc vào tham số kích thước và chỉ số khúc xạ phức. Suất phản chiếu tán xạ đơn thiết lập sự cân bằng giữa làm mát do tán xạ và làm ấm do hấp thụ. Tích hợp theo cột, sự suy giảm cho biết độ sâu quang học của sol khí. Các hiệu ứng trực tiếp làm thay đổi ngay lập tức cân bằng bức xạ, trong khi các hiệu ứng gián tiếp phát sinh khi sol khí làm thay đổi số lượng giọt mây, độ sáng và tuổi thọ của mây.

Clinical relevance

Tính chất quang học của sol khí chi phối tầm nhìn, việc thu thập dữ liệu về tải lượng sol khí từ vệ tinh, và cường độ của lực bức xạ sol khí, một nguồn gây bất định hàng đầu trong các dự báo khí hậu.

History

Giải pháp của Gustav Mie năm 1908 về tán xạ bởi các hình cầu đã cung cấp nền tảng quang học, và việc định lượng lực bức xạ sol khí đã trở thành một nỗ lực lớn từ những năm 1990 khi tầm quan trọng của nó đối với ngân sách khí hậu được công nhận trong các đánh giá của IPCC.

Key figures

• Gustav Mie
• Craig Bohren

Seminal works

• bohrenHuffman1983
• boucher2013

Frequently asked questions

Độ sâu quang học của sol khí là gì?

Độ sâu quang học của sol khí là một thước đo mức độ sol khí trong một cột thẳng đứng làm suy giảm ánh sáng bằng cách tán xạ và hấp thụ; giá trị cao hơn có nghĩa là không khí mờ hơn, chứa nhiều hạt hơn.