Атмосферное окно
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 получения поверхности Земли 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
[ редактировать ]Земли Атмосферные окна, особенно оптические и инфракрасные, влияют на распределение энергетических потоков и температур в энергетическом балансе . Сами окна зависят от облаков, водяного пара , следов парниковых газов и других компонентов атмосферы. [8]
Из средних 340 Вт на квадратный метр (Вт/м 2 ) солнечного излучения в верхних слоях атмосферы, около 200 Вт/м. 2 достигает поверхности через окна, в основном оптические и инфракрасные. Кроме того, из примерно 340 Вт/м 2 отраженных коротких волн (105 Вт/м 2 ) плюс исходящее длинноволновое излучение (235 Вт/м 2 ), 80-100 Вт/м 2 выходит в космос через инфракрасное окно в зависимости от облачности . Около 40 Вт/м 2 часть этого переданного количества излучается поверхностью, а большая часть остального 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
[ редактировать ]В астрономии
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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]
См. также
[ редактировать ]- Оптическое окно
- Инфракрасное окно
- Окно радио
- Водяное окно для мягкого рентгеновского излучения
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Атмосферное окно» . Национальное управление океанографии и атмосферы . Проверено 28 октября 2022 г.
- ^ «Введение в электромагнитный спектр | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Проверено 28 декабря 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Киль, Дж. Т.; 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 .
- ^ 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 . OCLC 466742997 .
- ^ Роли, Роберт В.; Вега, Энтони Дж (2012). Климатология . Садбери, Массачусетс: Jones & Bartlett Learning . п. 287. ИСБН 978-0-7637-9101-8 . OCLC 569552317 .
- ^ Берк, Бернард Ф. (2019). Введение в радиоастрономию . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . п. 5. ISBN 978-1-107-18941-6 . OCLC 1199628889 .
- ^ Джозеф, Джордж (2005). Основы дистанционного зондирования . Хайдарабад: Universities Press, Индия. п. 43. ИСБН 978-81-7371-535-8 . OCLC 474734434 .
- ^ Министерство торговли США, NOAA. «Энергетический баланс Земли и атмосферы» . www.weather.gov . Проверено 29 декабря 2021 г.
- ^ «Дистанционное зондирование: полосы поглощения и атмосферные окна» . Земная обсерватория НАСА . 17 сентября 1999 года . Проверено 28 октября 2022 г.
- ^ Уилсон, Томас (2016). Инструменты радиоастрономии . Шпрингер-Верлаг ГмбХ . стр. 1–2. ISBN 978-3-662-51732-1 . OCLC 954868912 .
- ^ Банерджи, П. (2017). Спутниковая связь . Нью-Дели : Прентис-Холл Индии . п. 181. ИСБН 978-81-203-5299-5 . OCLC 1223331096 .
- ^ Нган, Кинг Н. (2001). Видеокодирование для систем беспроводной связи . ЦРК Пресс . п. 183. ИСБН 978-1-4822-9009-7 . OCLC 1027783404 .
- ^ Найр, Ларс (2 июня 2009 г.). Звуковые медиа: от живой журналистики к звукозаписи . Рутледж. п. 147. ИСБН 978-1-135-25377-6 .
- ^ Двиведи, Рави Шанкар (2017). Дистанционное зондирование почв . Шрпингер-Верлаг ГмбХ . п. 13. ISBN 978-3-662-53738-1 . OCLC 959595730 .