大气分子吸收
在图6.3中显示了太阳辐照度,在低分辨率(见§5.2.4),和大气分子吸收,主要集中在近红外分层。表6.1中所示的主要吸收分子在每个光谱区间,包括瑞利散射,从紫外到近红外分层。
6.2.1紫外-可见吸收
最重要的分子吸收相关0.20 - -0.85¡m O3的太阳辐射范围。著名吸收依赖于温度范围在0.20 - -0.35 m (Hartley-Huggins乐队),相应的约4.5%的传入流量。臭氧层也在0.45和0.85之间的可见吸收¡m (Chappuis乐队),对应于传入的太阳能的55.4%左右
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
波长(缸)
浮动。6.3。低分辨率的太阳辐照度和大气吸收。(资料来源:CSR德克萨斯大学,基于原从谷1965年,空军剑桥研究实验室)
0.20
0.15
0.10
0.05
波长(缸)
时间间隔 |
波长(^) |
%太阳能通量 |
分子/散射 |
1 |
0.10 - -0.20 |
0.00644 |
NH3、CH4、co2, h2o, 02年,瑞利 |
2 |
0.20 - -0.35 |
4.46 |
O3,瑞利 |
3 |
0.35 - -0.45 |
10.63 |
瑞利 |
4 |
0.45 - -0.85 |
44.77 |
O3, H2O,瑞利 |
5 |
0.85 - -1.00 |
9.48 |
水,瑞利 |
6 |
1.00 - -1.04 |
2.12 |
水 |
7 |
1.04 - -1.22 |
7.55 |
水 |
8 |
1.22 - -1.58 |
9.19 |
|
9 |
1.58 - -1.95 |
4.81 |
水 |
10 |
1.95 - -2.12 |
1.24 |
水,二氧化碳 |
11 |
2.12 - -2.61 |
2.41 |
水 |
12 |
2.61 - -2.92 |
0.92 |
水,二氧化碳 |
13 |
2.92 - -3.88 |
1.34 |
水、甲烷、氨 |
14 |
3.38 - -4.60 |
0.40 |
二氧化碳 |
15 |
4.60 - -9.50 |
0.64 |
水、甲烷、氨 |
辐射。吸收截面Chappuis乐队中的数据(0.40 - -0.85 pm)第七章所示。详细的紫外-可见横截面数据可从喷气推进实验室(JPL 2006),也可用MPI-Mainz-UV-VIS光谱图谱是一个全面的收集的630种分子吸收截面。两个数据库可以通过网络交流这些。给出更多的细节在第7章与大气光化学。
在紫外可见光谱范围,臭氧截面足够光滑,允许精细的波长范围细分(例如200光谱间隔)单色吸收光学深度,从Lyman-a著名著名0.1216米到0.85米,不包括高度结构化Schumann-Runge(因此)乐队O2(著名0.18 - -0.20米),这需要特殊待遇。因此给出更多细节关于乐队与分子的光解在第7章。有臭氧紫外可见吸收截面的高分辨率的光谱分布中的一个可以合并这些多重散射和吸收(§6.7)包含的代码臭氧的影响在太阳辐射穿过大气层的转移。
臭氧与地球辐射的预算,一个可以让flux-mean的快速估计大气传输下面,从给定的表达式。传播总数的分数传入的太阳辐射的吸收可见光和紫外线辐射的臭氧,分别由Wo3代表大气臭氧总量的地方atm-cmSTP。t 'UV的最小值是0.955,而对于t纳美它是0.446。
6.2.2似乎红外吸收
每个似乎红外传输t间隔(表6.1),旋转的分子vibrational-rotational乐队变得重要,可以使用通过细分HITRAN数据库计算太阳似乎红外光谱间隔到高分辨率的小区间,然后计算每个子区间内的传输函数的压力,温度和吸收器数量为每个分子(§4.7)。现在这种方法计算的可行性和优先。然而,对于气候模型(如大气raybet雷竞技最新环流模型,§11.4)这种方法可能不是可行的,一个更简单的方法是必要的。我们注意,当吸收器的光学深度非线性变化量我们不能简单地将大气分为层然后乘以他们的透射率。用来解决这个问题的方法是exponential-sumfit k-distribution correlated-k近似,根据光谱区间内的平均透射率获得c = 1 - 0.023 (W03 / i) 018,
n的吸收剂y,有效的单色吸收系数,kn,并关联到一个离散型概率分布权重,规范化
kn的集合和一个为每个光谱间隔并不是唯一的,可以获得使用,例如,斐波那契最小化技术(Vardavas 1989)。对于非均匀层,correlated-fc近似可用于允许kn依赖于温度和压力,一个是固定的,通常对应Gaussian-Legendre正交分。
单色辐射传输方程然后解决对于每个光学深度,Tn = kny入射太阳能通量anFi,其中Fi是通量中包含每个光谱间隔我。重叠的两个不同的分子,吸收大量y和v,传输可以采取tnm = anpm exp (-kny) exp (- / mv) (6.5)
与归一化条件
传递方程是解决与光学深度anpmFi Tnm = kny + n和m / mv为每个组合。这种方法可以扩展到多重叠的两种类型的分子。可以使用一个单色多-散射辐射转移代码解决辐射传输方程,讨论§6.7。系数和权重的近红外分层间隔表6.1为水蒸气,二氧化碳,甲烷和氨在Vardavas和卡佛(1984)基于atm和实验室测量300 K。
6.2.2.1水蒸气具有显著的吸收光谱在近红外分层(0.85 - -5.0 /米),这相当于大约40.1%的入射太阳辐射。分数的总吸收入射太阳能通量H2 O层可以快速估计从t 'w = 1 - 0.106 (/ m) 0”31日(6.7)
WH2O水的量,g厘米~ 2层。以上简单的表达式是基于数据的怀亚特et al . (1964)。
6.2.2.2二氧化碳在大气中吸收太阳辐射发生。我们可以忽视紫外吸收二氧化碳发生低于0.2«m太阳能通量小于0.01%的传入流量,但我们需要包括似乎红外吸收(横梁et al . 1964年)。的分数总入射太阳能通量通过一层二氧化碳可以快速估计从t 'c = 1 - 0.015 (wco2 / M) 0 ' 263 (6.8)
WCO2二氧化碳的总量,g cm-2层。晴朗的天空,我们有一个二氧化碳层下面的臭氧层,而多云的天空有两个,一个上面和下面一个。如果阿宝代表表面压力在海平面以上的二氧化碳量云层与云顶压力pcia WCO2 (pcia / po)在云层下面的一层是WCO2数量(1 - pclb / po),其中pclb是云底的压力。
6.2.2.3氨吸收在似乎红外区间1300 - 2000 cm - 1(6.14毫米)和3100 - 3500 cm - 1 (3.03 m ^)。每个频带的平均传输可以获得以下简单分析适合实验室数据(法国和威廉姆斯1966)在t = exp (wa (w))。(6.9)
氨的6.14毫米波段(w) = 38.09 w 0与纠正吸收器数量26 w = w0 (pe / po) C和C = 0.6 andpe = pN2 + (B - 1) pnh3和B = 5.77。3.03毫米波段的氨有(w) = 32.68 w - 0178 B和C = 0.3 = 6.1。
6.2.2.4甲烷吸收区间1100 - 1750 cm - 1(7.66毫米)和27003300 cm - 1(3.31毫米)。7.66毫米的甲烷带我们从适合实验室测量(伯奇和威廉姆斯1962),8.22 (w) = w 0”46 B和C = 0.5 = 1.38,在3.31毫米的乐队(w) = 9.97 w 0 39 B和C = 0.45 = 1.3。
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