Атмосферное окно — это область электромагнитного спектра , которая может проходить через атмосферу Земли . Оптическое , инфракрасное и радиоокна составляют три основных атмосферных окна . [2] Окна обеспечивают прямые каналы для поверхности Земли для получения электромагнитной энергии от Солнца и для вывода теплового излучения с поверхности в космос. [3] Атмосферные окна полезны для астрономии , дистанционного зондирования , телекоммуникаций и других научно-технических приложений.
При изучении парникового эффекта термин « атмосферное окно» можно ограничить, обозначая инфракрасное окно , которое является основным путем выхода части теплового излучения, излучаемого вблизи поверхности. [4] [5] В других областях науки и техники, таких как радиоастрономия [6] и дистанционное зондирование , [7] этот термин используется как гипероним , охватывающий весь электромагнитный спектр, как в настоящей статье.
Атмосферные окна, особенно оптические и инфракрасные, влияют на распределение энергетических потоков и температур в энергетическом балансе Земли . Сами окна зависят от облаков, водяного пара , следов парниковых газов и других компонентов атмосферы. [8]
Из средних 340 ватт на квадратный метр (Вт/м 2 ) солнечного излучения в верхних слоях атмосферы около 200 Вт/м 2 достигают поверхности через окна, в основном оптические и инфракрасные. Также из примерно 340 Вт/м 2 отраженного коротковолнового (105 Вт/м 2 ) плюс уходящего длинноволнового излучения (235 Вт/м 2 ) в космос через инфракрасное окно в зависимости от облачности выходит 80-100 Вт/м 2 . Около 40 Вт/м 2 из этого передаваемого количества излучается поверхностью, а большая часть остальной части поступает из нижних областей атмосферы. Кроме того, инфракрасное окно также передает на поверхность часть нисходящего теплового излучения, которое излучается в более холодных верхних областях атмосферы. [3]
Концепция «окна» полезна для качественного понимания некоторых важных особенностей переноса атмосферной радиации . Полная характеристика коэффициентов поглощения , излучения и рассеяния атмосферной среды необходима для проведения строгого количественного анализа (обычно выполняемого с помощью кодов переноса атмосферного излучения ). Применение закона Бера-Ламберта может дать достаточные количественные оценки для длин волн, где атмосфера оптически тонка . Свойства окна в основном закодированы в профиле поглощения. [9]
Вплоть до 1940-х годов астрономы использовали оптические телескопы для наблюдения за далекими астрономическими объектами , излучение которых достигало Земли через оптическое окно. После этого развитие радиотелескопов породило более успешную область радиоастрономии , основанную на анализе наблюдений, проводимых через радиоокно . [10]
Спутники связи во многом зависят от атмосферных окон для передачи и приема сигналов: связь спутник-земля устанавливается на частотах, попадающих в спектральную полосу атмосферных окон. [11] [12] Коротковолновое радио действует наоборот, используя частоты, которые создают небесные волны , а не те, которые уходят через радиоокна. [13]
Как активные (сигнал, излучаемый спутником или самолетом, отражение, обнаруженное датчиком), так и пассивные (отражение солнечного света, обнаруженное датчиком) методы дистанционного зондирования работают с диапазонами длин волн, содержащимися в атмосферных окнах. [14]