stringtranslate.com

Атмосферное окно

Полосы поглощения атмосферы Земли (серый цвет) ограничивают ее атмосферные окна (средняя панель), и влияние, которое они оказывают как на нисходящее солнечное излучение , так и на восходящее тепловое излучение , испускаемое у поверхности, показано на верхней панели. Отдельные спектры поглощения основных парниковых газов плюс рэлеевское рассеяние показаны на нижней панели. [1]

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.

Роль в энергетическом бюджете Земли

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]

Другие приложения

В астрономии

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]

В телекоммуникациях

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]

В дистанционном зондировании

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Атмосферное окно". Национальное управление океанографии и атмосферы . Проверено 28 октября 2022 г.
  2. ^ «Введение в электромагнитный спектр | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Проверено 28 декабря 2021 г.
  3. ^ Аб Киль, JT; Тренберт, Кевин Э. (1 февраля 1997 г.). «Годовой средний глобальный энергетический бюджет Земли». Бюллетень Американского метеорологического общества . 78 (2): 197–208. Бибкод : 1997BAMS...78..197К. doi : 10.1175/1520-0477(1997)078<0197:eagmeb>2.0.co;2 .
  4. ^ Коттон, Уильям Р.; Пилке, Роджер А. (2007). Влияние человека на погоду и климат. Кембридж: Издательство Кембриджского университета . п. 180. ИСБН 978-0-521-84086-6. ОСЛК  466742997.
  5. ^ Роли, Роберт В.; Вега, Энтони Дж (2012). Климатология. Садбери, Массачусетс: Jones & Bartlett Learning . п. 287. ИСБН 978-0-7637-9101-8. OCLC  569552317.
  6. ^ Берк, Бернард Ф. (2019). Введение в радиоастрономию. Кембридж: Издательство Кембриджского университета . п. 5. ISBN 978-1-107-18941-6. OCLC  1199628889.
  7. ^ Джозеф, Джордж (2005). Основы дистанционного зондирования. Хайдарабад: Universities Press, Индия. п. 43. ИСБН 978-81-7371-535-8. ОКЛК  474734434.
  8. ^ Министерство торговли США, NOAA. «Энергетический баланс Земли и атмосферы». www.weather.gov . Проверено 29 декабря 2021 г.
  9. ^ «Дистанционное зондирование: полосы поглощения и атмосферные окна». Земная обсерватория НАСА . 17 сентября 1999 года . Проверено 28 октября 2022 г.
  10. ^ Уилсон, Томас (2016). Инструменты радиоастрономии. Шпрингер-Верлаг ГмбХ . стр. 1–2. ISBN 978-3-662-51732-1. ОКЛК  954868912.
  11. ^ Банерджи, П. (2017). Спутниковая связь. Нью-Дели : Прентис-Холл Индии . п. 181. ИСБН 978-81-203-5299-5. ОСЛК  1223331096.
  12. ^ Нган, Кинг Н. (2001). Видеокодирование для систем беспроводной связи. ЦРК Пресс . п. 183. ИСБН 978-1-4822-9009-7. OCLC  1027783404.
  13. ^ Найр, Ларс (2 июня 2009 г.). Звуковые медиа: от живой журналистики к звукозаписи. Рутледж. п. 147. ИСБН 978-1-135-25377-6.
  14. ^ Двиведи, Рави Шанкар (2017). Дистанционное зондирование почв. Шрпингер-Верлаг ГмбХ . п. 13. ISBN 978-3-662-53738-1. ОКЛК  959595730.