Blog

Atmosferde Absorpsiyon ve Saçılma Radyasyonun soğurulması ve saçılması atmosfer boyunca gerçekleşir. Radyasyon, atomlardaki elektronların bir yörüngeden diğerine geçmesine neden olabilir veya moleküllerde titreşim veya dönme seviyeleri arasında geçişe neden olabilir. Genel olarak, dönme uyarımlarıyla ilişkili temel enerji farkları, yine alçakta bulunan elektron durumlarıyla ilişkili olanlardan daha küçük olan titreşim uyarımlarıyla ilişkili olanlardan daha küçüktür. Sadece oldukça küçük bir olasılıkla güneş radyasyonu atomları iyonize edebilir (elektronları dışarı atabilir) veya molekülleri ayırabilir. Güneş spektrumundaki dalga boyları, atmosferde bulunan atomların ve moleküllerin boyutlarından çok daha uzun olduğu için, atomik veya moleküler sistemin zamana bağlı alanları, çok kutuplu bir genişlemede ilk birkaç terimle yaklaşık olarak tahmin edilebilir. Dipol yaklaşımında, frekansı eşit olan radyasyonun emisyonu veya soğurulması ile birlikte i ve f seviyeleri arasında geçiş olasılığıdır. Absorpsiyon ve yeniden emisyon süreçleri yeterince sık olsaydı, herhangi iki atomik veya moleküler seviyenin nispi popülasyonunun verilmesi anlamında bir termal denge durumuna ulaşılırdı. Radyasyonun Planck yasasına karşılık gelen bir frekans dağılımı varsa, ortak sıcaklık T radyasyon için Planck dağılımında görünen olacaktır. Bu şekilde, tek bir atom veya molekül radyasyonla dengede olabilir ve radyasyonunkiyle aynı sıcaklığa atfedilebilir. Öte yandan termodinamik sıcaklık, atomların veya moleküllerin “dış” hareketindeki kinetik enerjinin dağılımından tanımlanır. Bu dağılım, atomlar veya moleküller arasındaki çarpışmalarla korunur. Çarpışmaların sıklığı radyasyonla etkileşimlerinkiyle karşılaştırılabilirse, kinetik ve radyasyon sıcaklıkları benzer hale gelecektir. Çarpışmaların radyasyon alanıyla etkileşimlerden çok daha sık olduğu durumlarda, belirli bir atomik veya moleküler geçiş tarafından emilen ışınım enerjisi tüm atomlar veya moleküller arasında paylaşılacaktır ve eğer karşılık gelen emisyon spektrumu kara cisim tarafından tanımlanabiliyorsa kanuna göre, giren sıcaklık kinetik sıcaklık olmalıdır, bunun radyasyon alanının sıcaklığına eşit olması gerekmez (aslında, eğer başka enerji kaynağı yoksa kinetik sıcaklık radyasyon sıcaklığından düşük olmalıdır). Radyasyonun absorpsiyonuna neden olan aynı kesin atomik veya moleküler geçişlere karşılık gelen frekanslarda yeniden emisyon, gelen radyasyonun saçılması olarak kabul edilebilir. Dünya atmosferinde, moleküler çarpışmaların sayısı, güneş radyasyonu ile etkileşimlerin sayısına kıyasla genellikle büyüktür. Böylece saçılmış ışık olarak yeniden yayılmayan radyasyon, çok sayıda termal serbestlik derecesine göre yeniden dağıtılacaktır, yani emilen ışık ısıya dönüştürülür. Çeşitli moleküler seviyelerdeki popülasyon, güneş radyasyonunun sıcaklığı ile dengede olmayacak ve saçılan ışığın spektrumu Planck formunda olmayacaktır. Saçılma işlemi, salınan bir dipolden iyi bilindiği gibi, radyasyon alanının bir sonucu olarak atom veya molekülde bir dipol alanının yaratılması ve ardından bir radyasyon emisyonu olarak görülebilir. Saçılan ışığın açısal dağılımı (1+cos2ψ) ile orantılıdır, burada ψ gelen ve saçılan ışık arasındaki açıdır. Absorpsiyon Absorpsiyon spektrumu Işıma emisyon Absorpsiyon ve emisyon Nedir Atmosfer optiği Absorbsiyon Nedir Absorpsiyon spektrumu Nedir Absorbsiyon ışıma Farklı Frekans Bölgelerinde Absorpsiyon Süreçleri Termosferde bile, dalga boyu 1.8×10-7 m'nin altında olan ultraviyole radyasyonun çoğu zaten N2O ve O2 tarafından emiliyor. Düşük yoğunluğu nedeniyle termosfer, güneş lekelerinin neden olduğu gibi güneş yoğunluğundaki değişimlere karşı hızlı bir sıcaklık tepkisi sergiler. Ancak aynı nedenle, bu sıcaklık değişimlerinin atmosferin alt katmanları üzerinde çok az etkisi vardır veya hiç etkisi yoktur. En kısa dalga boylarının 100 km veya daha yüksek bir yükseklikte durdurulduğunu doğrulayarak ultraviyole radyasyonun penetrasyon derinliğini gösterir. Bu ayrıca 1.8×10-7 ila 3×10-7m dalga boyu aralığındaki radyasyonun çoğunun mezosfer veya stratosferde emildiğini göstermektedir. Absorpsiyon ajanları O2 ve özellikle O3'tür. Ozon tarafından soğurulma hızı 2,5×10-7m dalga boyunda zirve yapar ve ısıya dönüştürülen enerji miktarı, yaklaşık 50 km'de sıcaklık profilindeki zirveyi açıklamak için yeterlidir. Belirtildiği gibi, ozon konsantrasyonu coğrafi konumun bir fonksiyonu olarak tekdüze değildir. Ozon, stratosferde moleküler oksijenin foto-ayrışmasıyla oluşur. Stratosferdeki nitrojen oksit konsantrasyonları, bir dizi insan faaliyetiyle artabilir. Ozon konsantrasyonları yıllar arasında değişir, ancak florokarbonların antropojenik emisyonlarının, kutupların yakınında ozon birikmesine neden oldukları gösterildiğinden, tabloya hakim olduğuna inanılmaktadır. Güneş spektrumunun ultraviyole kısmı heyecan verici elektronik durumlar ve moleküler titreşim-dönme seviyelerine sahipken, atmosferde çok az görünür ışık emilir. Çoğu elektronik uyarım için enerji yetersizdir ve bu frekans bölgesinde çok az moleküler bant bulunur. Tabii ki, daha düşük temel bantların harmonikleri uyarılabilir, ancak bu tür absorpsiyon işlemleri için enine kesit çok düşüktür. Kızılötesi bölgede, 7×10-7 m'nin üzerindeki dalga boylarında, birkaç molekülün temel titreşim ve dönme bantları yer alır. H2O, CO2, N2O, CH4, CO, SO2, H2S, NO, NO2 ve NH3 dahil olmak üzere çok sayıda molekülün açıkça tanımlanabilir imzalarına yol açarlar. Bu absorpsiyon spektrumlarından birkaçı gösterilmiştir. Biyolojik döngülerde oluşan bu moleküllerin konsantrasyonundaki mevsimsel değişikliklerin yanı sıra su içeriğindeki farklılıklar nedeniyle, birleşik absorpsiyon spektrumu değişmez olmaktan uzaktır. Dağınık Radyasyonun Tanımı İçin Modeller Atmosferdeki saçılma işlemleri için kesit, çoklu saçılmayı önemli kılacak kadar büyüktür. Belirli bir saçılma merkezine ulaşan akı, Güneş yönünden tek yönlü bir kısım artı diğer yönlerden gelen yoğunluk dağılımından oluşur. Radyasyonun dalga boyundan çok daha küçük atomlar ve moleküller üzerine saçılması temelinde (yukarıda açıklanan Rayleigh saçılması olarak adlandırılır), doğrudan (saçılmamış) kısım da dahil olmak üzere gökyüzü üzerindeki yoğunluk dağılımı hesaplanabilir. basit ve çok sayıda dağınık parça olarak. Böyle bir hesaplamanın sonucunu verir. Atmosferin tepesindeki güneş ışınımının polarize olmadığı varsayılırsa, Rayleigh saçılan ışığı doğrusal olarak polarize olacak ve Dünya yüzeyine ulaşan ışığın dağılımı, genellikle sınırlı bir polarizasyon derecesine sahip bir bileşene sahip olacaktır. Güneş'ten 90° uzakta maksimuma ulaşılana kadar, Güneş'in yönünden uzağa baktıkça artar. Parlaklığın (yoğunluğun) gökyüzü üzerindeki Rayleigh dağılımı, bulutların veya görünür pusların olmadığı görünüşte açık günlerde bile gözlemlere karşılık gelmiyor. Bunun nedeni partikül madde üzerinde saçılmanın ihmal edilmesidir. Verilen parçacık boyutu dağılımından, güneş spektrumunda ışığın dalga boyuna benzer boyutlara sahip parçacıkların bol olduğu sonucu çıkar, bu nedenle soruna farklı bir yaklaşım benimsenmelidir. Parçacık yüzeyindeki yansıma ve kırılmanın yanı sıra bir parçacık oluşturan atomların kafes yapısından kaynaklanan kırınım dikkate alınarak, parçacıklar üzerinde radyasyon saçılması teorisi geliştirilmiştir. r yarıçaplı küresel bir parçacığın saçılması için enine kesit ifade edilir.