大氣中的熱紅外輻射傳輸-wenkub
2023-05-27 23:32:25 本頁(yè)面
【正文】 ? 長(zhǎng)波波段分子散射截面很小，可以忽略 ? 空氣分子 Rayleigh散射截面與波長(zhǎng)四次方成反比，地氣熱輻射98%在 4~120微米范圍 ? 沙塵、云降水粒子在長(zhǎng)波區(qū)散射明顯小于吸收作用，近似時(shí)可不考慮散射作用 ? 一般氣溶膠對(duì)長(zhǎng)波輻射傳輸影響小；沙塵粒子尺度和數(shù)密度較大，云滴、雨滴的尺度更大，其對(duì)長(zhǎng)波輻射的散射和吸收需要考慮 ? 長(zhǎng)波輻射傳輸中，介質(zhì)氣層的發(fā)射作用不能忽略，用Planck函數(shù)表示。 , ) ( 。 高度坐標(biāo)定義地面為 0，ｚ向上增加；對(duì)應(yīng)的訂正光學(xué)質(zhì)量為 u，ｚ減少，ｕ增加。此微分層對(duì)于 的吸收率為 ： 按照基爾霍夫定律， 也就是氣層元在 方向上的放射率。 這個(gè)傳輸方程是一個(gè)一階線性微分方程。 (2) 在地面上， 地表熱紅外輻射可以根據(jù)地表發(fā)射率和地表溫度根據(jù)普朗克定律計(jì)算得到?？紤]到傳感器的波長(zhǎng)響應(yīng)函數(shù)，傳感器接收到的信號(hào)可以用以下的表達(dá)式來(lái)表達(dá)。在地表朗伯體假設(shè)的條件下，若分別用 和 表示大氣上行輻射和大氣下行輻射，則方程可以寫為以下的形式： 其中 。 分別表示傳感器的天頂角和方位角， 分別表示大氣下行輻射的天頂角和方位角。 將上述邊條件代入傳輸方程的解中，就可得出在ｚ高度上的 及 ： 對(duì)于大多數(shù)陸地地表而言，地表比輻射率小于 1，不能簡(jiǎn)單作為黑體處理，我們必須考慮地表反射的大氣下行輻射項(xiàng)的影響，輻射傳輸方程更加復(fù)雜。下面分別對(duì)于 L↑ 及 L↓ 給出邊界條件。 向下輻射 經(jīng)過(guò) du氣層，在 方向的變化為 上式是同時(shí)考慮氣層的吸收削弱和放射增強(qiáng)的長(zhǎng)波輻射亮度傳輸方程。 先考慮ｚ高度以上氣層向下的輻射。 通過(guò)大氣中某一水平面的長(zhǎng)波輻射通量密度 應(yīng)當(dāng)由該面上的輻射亮度 對(duì)半球空間積分求得，即： 一般說(shuō)，大氣中 是 的函數(shù)，但是與 無(wú)關(guān)，所以有 若只考慮經(jīng)過(guò)氣層的吸收削弱時(shí)， 方向輻射亮度 的變化為： 上式中 為氣層中吸收物質(zhì)的訂正光學(xué)質(zhì)量， 不隨 z而變 。按波數(shù)域表達(dá)為 ( 。 ?地氣系統(tǒng)發(fā)射的能量也稱為熱紅外輻射或地球輻射。由能量守恒原理，令 表示地氣系統(tǒng)的全球反照率，則由斯蒂芬 玻爾茲曼發(fā)射定律，我們得到平衡方程： ? S 即使有云時(shí) ， 云中對(duì)長(zhǎng)波的吸收作用很大 ， 較薄的云層已可以視為黑體 。 ℃ 以內(nèi) ， 則修正大氣效應(yīng)便成為 SST的主要問(wèn)題 。與海面溫度相比，陸面溫度由于地表的復(fù)雜性面臨更多的困難。 直接通過(guò)大氣到達(dá)地表 熱外遙感應(yīng)用 熱紅外遙感傳感器的發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在使用和即將投入使用的熱紅外傳感器達(dá)幾十種之多。此時(shí)，物體的溫度是在變化的，但每一給定的瞬時(shí)，物體的狀態(tài)都可以看作是平衡的，仍可用一定的溫度來(lái)描述它。當(dāng)物體的輻射能量等于吸收的外來(lái)輻射能量，這時(shí)該物體處于熱平衡狀態(tài)，因而我們可以用一函數(shù) 溫度 來(lái)描寫它。熱紅外輻射不僅與物質(zhì)的表面狀態(tài)有關(guān)，而且是物質(zhì)內(nèi)部組成和溫度的函數(shù)。常溫的地表物體發(fā)射的紅外能量主要在大于 3微米的中遠(yuǎn)紅外區(qū)，是熱輻射。 關(guān)于熱輻射 空間所有的物體都通過(guò)輻射方式交換著能量，如果沒(méi)有其它方式的能量交換，則一物體熱狀態(tài)的變化就決定于放射與
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