大氣中的熱紅外輻射傳輸-資料下載頁(yè)
2025-05-12 23:32本頁(yè)面
【正文】 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 。 在大氣中任一高度ｚ處，向上和向下的輻射為 L↑,L↓,輻射通量密度為 F ↑， F↓。 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。自ｚ至大氣上界的光學(xué)質(zhì)量為 ， ↓的符號(hào)表示產(chǎn)生向下輻射的光學(xué)質(zhì)量， 表示整層向上輻射的光學(xué)質(zhì)量。 先考慮ｚ高度以上氣層向下的輻射。對(duì)于光學(xué)質(zhì)量為 du的氣層元，自 方向，射入此氣層的輻射 要經(jīng)過(guò) 光學(xué)質(zhì)量的吸收。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。氣層在 方向放射的輻射亮度為 : 式中 ，是絕對(duì)黑體輻射亮度，可由溫度、波長(zhǎng)按普朗克定律定出。 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。 同樣，對(duì)于向上輻射也有 或者寫為 這種形式的傳輸方程又稱為 Schwarzchild方程。 這個(gè)傳輸方程是一個(gè)一階線性微分方程。給出邊條件就可得解。下面分別對(duì)于 L↑ 及 L↓ 給出邊界條件。 (1) 在大氣上界 處，由于宇宙空間沒(méi)有長(zhǎng)波輻射投入，故有： 時(shí)， ， 。 (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。如果把地表近似為黑體，溫度為 ，則有： 時(shí)， 。 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。 3. 遙感傳感器寬通道的熱紅外輻射傳輸方程 Chandrasekhar (1960)把傳感器接收的熱紅外輻射表達(dá)為三項(xiàng)之和?？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)。 其中 表示大氣的下行輻射， 表示傳感器接收的總輻射； 表示溫度為 T時(shí)的黑體輻射； 表示地表比輻射率， 表示整層大氣的總透過(guò)率， 表示地表的多向反射率分布函數(shù)； 表示傳感器第ｉ通道的波長(zhǎng)響應(yīng)函數(shù)。 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。方程中右邊第一項(xiàng)表示地表熱紅外輻射經(jīng)大氣吸收衰減后到達(dá)傳感器的輻射，第二項(xiàng)表示大氣上行輻射項(xiàng)；第三項(xiàng)表示大氣下行輻射項(xiàng)經(jīng)地表反射后通過(guò)大氣傳輸?shù)絺鞲衅鞯妮椛洹Ｔ诘乇砝什w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
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