Truyền bức xạ trong khí quyển

Mô tả toán học và vật lý về cách năng lượng bức xạ được hấp thụ, phát ra và tán xạ khi nó di chuyển qua khí quyển.

Definition

Truyền bức xạ là quá trình cường độ bức xạ điện từ thay đổi dọc theo một đường đi qua một môi trường hấp thụ, phát ra và tán xạ nó, được điều chỉnh bởi phương trình truyền bức xạ.

Scope

Bao gồm phương trình truyền bức xạ và nghiệm của nó trong điều kiện hấp thụ, phát xạ và tán xạ đa lần; độ sâu quang học và sự suy giảm; sự suy giảm Beer-Lambert; các hàm nguồn và phát xạ nhiệt; các hàm pha tán xạ; và các xấp xỉ như phương pháp hai dòng và phương pháp tọa độ rời rạc được sử dụng trong các mô hình bức xạ.

Core questions

• Cường độ bức xạ thay đổi như thế nào dọc theo một đường đi qua một khí quyển hấp thụ và tán xạ?
• Sự hấp thụ, phát xạ và tán xạ được kết hợp như thế nào trong một phương trình truyền duy nhất?
• Những xấp xỉ nào làm cho việc truyền bức xạ có thể xử lý được trong các mô hình số?

Key theories

Phương trình truyền bức xạ

Một phương trình vi phân liên hệ sự thay đổi cường độ bức xạ dọc theo một đường đi với sự mất mát do suy giảm và sự tăng lên do phát xạ nhiệt và tán xạ vào, được tham số hóa bởi độ sâu quang học và suất phản chiếu tán xạ đơn.

Mechanisms

Dọc theo một đường đi vô cùng nhỏ, cường độ bị giảm do hấp thụ và tán xạ ra ngoài (suy giảm, được biểu thị qua độ sâu quang học) và tăng lên do phát xạ nhiệt, phụ thuộc vào hàm Planck và nhiệt độ cục bộ, và do tán xạ vào của bức xạ từ các hướng khác được mô tả bởi hàm pha. Các nghiệm dao động từ sự suy giảm Beer-Lambert đơn giản cho môi trường hấp thụ đến các phương pháp xử lý tán xạ đa lần như phương pháp tọa độ rời rạc và phương pháp hai dòng.

Clinical relevance

Các mã truyền bức xạ là động cơ của việc thu thập dữ liệu viễn thám vệ tinh, các sơ đồ bức xạ của mô hình thời tiết và khí hậu, và hiệu chỉnh khí quyển của hình ảnh.

History

Dựa trên cách xử lý ban đầu của Schwarzschild về cân bằng bức xạ trong khí quyển sao, chuyên khảo Truyền bức xạ năm 1950 của Chandrasekhar đã thiết lập khuôn khổ chặt chẽ sau này được điều chỉnh cho khí quyển hành tinh và được tích hợp vào các mô hình bức xạ hoạt động.

Key figures

• Subrahmanyan Chandrasekhar
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• chandrasekhar1960
• liou2002

Frequently asked questions

Độ sâu quang học là gì?

Độ sâu quang học là một thước đo không thứ nguyên về mức độ một chùm bức xạ bị suy giảm dọc theo một đường đi; độ sâu quang học bằng một có nghĩa là cường độ bị giảm đi một hệ số khoảng 2,7 do sự suy giảm.