spredning og absorpsjon i atmosfærenfolk.uio.no/terjebe/gef2200/ch4_del2x.pdf · scattering by...
TRANSCRIPT
Spredning og absorpsjon i
atmosfæren
Maxwells likninger
E: Elektrisk felt, B: Magnetfelt. Kilde:Wikipedia
X>1
X<1
X=2πr/λ
Eksempel: Beregnet kolonnekons. av sotpartikler fra
biomassebrenning input til strålingsberegninger som
bruker Mie teori
Figure 2.21
Fra IPCC, 2007
X>1
X<1
X=2πr/λ
Spredningseffektivitet som funksjon
av størrelsesparameteren x=2πr/λ
mi=0 ingen absorpsjon
What is
black
carbon
aerosols ?
• Product of
incomplete
combution
• Fossil fuels
or biomass
Figur 5.9 i
Wallace and
Hobbs
Rød: Kontinental
Blå: Marin
Svart: Byluft
X>1
X<1
Scattering by diffraction and internal reflection in cloud droplets
Halo
Scattering by diffraction of
light by ice particles.
Absorpsjonseffektivitet også
beregnet med Mie teori.
mi=0 ingen absorpsjon
Scattering and absorption
Concept: Optical depth (τ)
𝑑𝐼𝜆 = −𝐼𝜆𝜚𝑟𝑘𝜆𝑑𝑠 𝑑𝑠 = 𝑠𝑒𝑐𝜃𝑑𝑧
𝐼𝜆 𝑧 = 𝐼𝜆 ∞ exp −𝜏𝜆 𝑠𝑒𝑐𝜃
𝜏 = 𝜚𝑟𝑘𝜆
∞
𝑧
𝑑𝑧
ρ: Air Density, r: Mixing ratio gas/particles, kλ : mass absortion coeff
Integrating from TOA (z=∞) down to z:
X>1
X<1
X=2πr/λ
Absortpion by gases
• Continua (λ<0.3 um)
– λ<0.1 um : Photo ionization
– λ<0.24 um : Photo dissociation O2
– λ<0.31 um : Photo dissociation Ozone (O3)
• Absorption lines (visible and IR radiation)
E=E0+Ev+Er+Et Internal Energy of gas molecule
• E0: Orbital energy
• Ev: Vibrational
• Er: Rotational
• Et : Translational
Absorpsjon av UV stråling Høyde der strålingen er svekket til 1/e av innkommende vertikal stråling
Absorpsjon ved spalting av
molekyler (dissosiasjon)
sec
eII
1)(
:)(
z
atslikz
Broadning of absorption lines
Reflection and absorption by an atmospheric layer
• Total Extinction :
– Extinction coefficient: 𝑁𝜎𝑘𝜆 (unit m2/m3)
• How much is scattered?
– Single scattering albedo (ω)
𝜔 =𝑘𝜆(𝑠𝑐𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔)
𝑘𝜆 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 + 𝑘𝜆(𝑠𝑐𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔)
• In which direction is it scattered
– Assymetry factor (g(λ))
𝑔 𝜆 =1
2 𝑝(cos 𝜃′ ) cos 𝜃′ 𝑑 cos 𝜃′1
−1
Fasefunksjonen for spredning av synlig lys
er avhengig av størrelsesparameteren
x=2πr/λ
r=10-4 μm r=0.1 μm
Spredning for λ=0.5 μm
r=1.0 μm, og λ=0.5 μm
Figur 6.18 i Wallace and Hobbs, n:antall dråper pr. liter luft,
r: radius i um, v: fallhastighet cm/s
Værradar, Rissa i Trøndelag
X>1
X<1
X=2πr/λ
Fra yr.no
Monday 7/5
9:15 am
Global dimming avkjøling, mer diffust lys
Skyldes partikler som slippes ut eller dannes
Contribution to atmospheric rate of change
Net
warming by
radiation
Vertical profiles of H2O, ozone and CO2
Vertical profiles of H2O, ozone and CO2
Obs.
Models
Temp Trends
1979-2005
dT≈1-10 K/dag
dT≈10-30 K/dag dT≈-50 K/dag
dT≈-10 K/dag
dT≈10 K/dag
Fjernmåling: Tidlige teknikker!
Målinger av intensitet (Iλ) fra bakken fra satellitt
• Hva er bakketemperaturen her?
• Hvorfor er det så lav intensitet
ved λ=15 μm?
IR- bilde fra satellitt.
http://www.metoffice.gov.uk/satpics/latest_IR.html
)1()(
/
5
1
2
BTcBe
cTBI
TB : Brightness temperature. Den temperaturen
som gir den intensiteten (gitt ved Planck
funksjonen) som satellitten måler.
Observerte temperaturtrender fra
RSS:
http://images.remss.com/msu/ms
u_time_series.html
Bidrag til temperaturendringer simulert med en klimamodell (IPCC, 2007)
Sol
Vulkaner
Drivhus-
gasser
Ozon
Sulfat-
partikler Totalt
Synthetic Aperture Radar
• Bruker mikrobølger (1-200
GHz (0.15-30cm)): Lite
svekking i atmosfæren selv
med skyer.
Passiv mikrobølge sensorer
Eksempel: Overflatetemperatur i havet (SST). Fra MODIS: MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)
Lidar målinger fra Andøya av Lysende
nattskyer
Årlig midlete
netto
strålingsflukser
ved TOA.
Årlig midlet netto (kort- og langbølget)
Utslipp ++ endringer i strålingsbalanse.
Kan vi måle det?
Stephens et al., Nature Geos., 2012.