Thông tin tài liệu
PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC Chương Sự truyền xạ khí khí hậu 3.1 Photon thành phần vi lượng | Năng lượng truyền từ mặt trời xuống Trái đất chủ yếu | | | | | đường xạ điện từ Khí tương đối suốt xạ mặt trời è khoảng nửa xạ mặt trời xuống đến bề mặt bị hấp thụ mặt đất đại dương Để đạt cân lượng è Trái đất phải phát xạ sóng dài vào khơng gian vũ trụ è Sự truyền xạ sóng dài khí đóng vai trị quan trọng Q trình truyền xạ khí phụ thuộc vào tính chất lý hóa khí quyển: thành phần khí, chất aerosol diện mây chứa nước Sự hấp thụ xạ nhiệt khơng khí thực phân tử gồm phần nhỏ khối lượng khí Sự phụ thuộc khí hậu vào vơ số thành phần vi lượng làm cho khí hậu nhạy cảm với thay đổi tự nhiên thay đổi người gây thành phần khí 3.2 Bản chất xạ điện từ | Bức xạ điện từ xuyên qua dạng sóng dạng hạt nhỏ biểu diễn dịch chuyển lượng không gian | Khi xem xét trình hấp thụ phát xạ xạ lượng xạ hạt lượng rời rạc mà ta gọi photon | Tốc độ xạ điện từ chân không số c*=3.108m/s è tần số ν bước sóng λ tỷ lệ nghịch với c* ν= λ c* λ= ν | Nếu cho ánh sáng photon, photon có lượng Eν tỷ lệ với tần số E ν = !ν ! = 6.625 x 10-34Js số Planck • è Có thể mơ tả ánh sáng dạng sóng dạng hạt • Photon có lượng cao = Sóng ngắn; Photon có lượng thấp = Sóng dài • Hầu hết lượng xạ mặt trời nằm khoảng bước sóng 100 nm - µm, bao gồm xạ tử ngoại, xạ nhìn thấy xạ gần hồng ngoại • 99% xạ mặt trời nằm phổ nhìn thấy (0.4-0.75µm) gần hng ngoi (0.75-5àm) ã Bc x t ngoi ch chim 1% • Năng lượng phát xạ trái đất nằm khoảng 4-200µm (hồng ngoại) Phổ xạ mặt trời Trái đất | Solar radiation: Peak at ~0.5µm è Shortwaves | Earth radiation: Peak at ~10µm è Longwaves Hấp thụ xạ khí | Hầu hết lượng xạ phát từ mặt trời nằm dải bước sóng 100nm-4µm, bao gồm tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy xạ gần hồng ngoại | 99% lượng phát xạ mặt trời nằm dải bước sóng nhìn thấy (0,4-0,75µm) gần hồng ngoại (0,75-5µm) | Bức xạ cực tím chiếm chưa đến 1% lại quan trọng ảnh hưởng đến khí cao có hại cho sống chiếu xuống đến bề mặt | Năng lượng phát xạ Trái đất gần nằm khoảng từ µm đến 200 µm, hoàn toàn hồng ngoại nhiệt Hấp thụ xạ khí | Phổ phát xạ Mặt trời (6000 K) Trái đất (255 K) hàm bước sóng | Bức xạ bị hấp thụ lớp khí từ bề mặt đến đỉnh khí | Bức xạ bị hấp thụ lớp khí từ đỉnh tầng đối lưu đến đỉnh khí | Vai trò hấp thụ xạ phân tử khí dải bước sóng Hấp thụ xạ khí | Hơi nước chất khí hấp thụ xạ sóng dài quan trọng nhất: { Góp phần quan trọng vào việc hấp thụ xạ dải bước sóng 2-3, 4-7 and >11 µm | Carbon dioxide (CO2) chất khí quan trọng thứ hai: { Hấp thụ 100% lượng xạ có bước sóng >11 µm 3.3 Mơ tả lượng xạ Một số thuật ngữ | Độ chói hay Cường độ lượng đơn vị góc khối, thường xét cho dải bước sóng | Thơng lượng tổng lượng qua mặt (tích phân cường độ) | q = Góc thiên đỉnh | j = Góc phương vị | dw = Số gia góc khối | Cường độ đơn sắc lượng lượng xạ (dFν) khoảng tần số (ν ÷ ν+dν) dịng xun qua số gia diện tích (dA) góc khối (dω) khoảng thời gian (dt): dFν = Iν cosθ dω dA dν dt | dω = sinθ dθ dϕ | Mật độ thông lượng phổ ứng với tần số ν: ππ / Fν = ∫ ∫ I ν (θ, ϕ) cos θ sin θdθdϕ 0 Mật độ thông lượng hay mật độ dòng (W/m2): ∞ F = ∫ Fν dν Sự bảo toàn lượng | Bức xạ đến mơi trường có thể: { bị hấp thụ môi trường { bị phản xạ môi trường { truyền qua môi trường Ei = Ea + Er + Et | Định nghĩa { Độ phản xạ r = Er/Ei { Độ hấp thụ a = Ea/Ei { Độ truyền qua τ = Et/Ei | Sự bảo toàn lượng r+a+τ=1 Er Ei Ea Et | Khi tia xạ chạm vào đối tượng (phân tử khí, hạt xon | | | | khí mặt rắn, ) xảy vài khả tương tác chúng Bức xạ xuyên qua đối tượng mà khơng bị biến đổi cả, gọi truyền xạ hoàn toàn (hay thấu xạ) Bức xạ đổi hướng mà khơng biến đổi lượng, gọi tán xạ tuý Bức xạ bị hấp thụ, lượng truyền cho đối tượng Khả photon bị tán xạ, hấp thụ truyền qua phụ thuộc vào tần số xạ tính chất vật lý đối tượng: { Những giọt nước tinh khiết mây làm tán xạ xạ nhìn thấy hiệu xảy hấp thụ tương đối nhỏ { Hơi nước carbon dioxide chất hấp thụ xạ nhiệt hồng ngoại hữu hiệu tần số định 3.4 Định luật phát xạ vật đen Planck | Định luật Planck: Cường độ xạ bình kín trạng thái cân nhiệt động xác định cách đơn trị hàm tần số nhiệt độ 2!ν B ν ( T) = * ( e !ν / kT − 1) c !=6.625×10-34 Js (hằng số Planck), k=1.37×10-23 J/K (hằng số Boltzmann), c* = 3×108 m/s (tốc độ ánh sáng), ν tần số xạ đo 1/s, T nhiệt độ đo độ Kelvins • Định luật Stefan-Boltzmann tích phân định luật Planck toàn tần số tất góc nửa bán cầu: ∞ π∫ Bν (T)dν = σT σ= 2π k *2 15c ! • Định luật Wien: Bước sóng phát xạ cực đại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ | Cường độ phát xạ xác định bởi: { Định luật Planck (phụ thuộc bước sóng) { Định luật Stefan Boltzmann (tổng lượng phát xạ) { Định luật Wien (bước sóng phát xạ cực đại) • Cường độ phát xạ hàm nhạy bước sóng • Tổng lượng phát xạ phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ Bức xạ mặt trời xạ trái đất | Trái đất nhận lượng từ mặt trời dải bước sóng, chủ yếu bước sóng nhìn thấy bước sóng ngắn | Trái đất phát xạ trở lại không gian vũ trụ bước sóng dài nhiều (phát xạ nhiệt) | Vì nhiệt độ trái đất nhiệt độ mặt trời khác nhau, nên để thuận tiện ta chia xạ khí thành xạ mặt trời xạ trái đất Một số thuật ngữ xạ | Gọi theo nguồn gốc { Bức xạ mặt trời: Bắt nguồn từ mặt trời { Bức xạ trái đất: Bắt nguồn từ trái đất | Gọi theo tên gọi thích hợp { Bức xạ cực tím, Bức xạ (có thể) nhìn thấy (khả kiến), Bức xạ gần hồng ngoại, Bức xạ hồng ngoại, Vi sóng, v.v | Gọi theo bước sóng { Bức xạ sóng ngắn: λ ≤ micrometers { Bức xạ sóng dài: λ > micrometers 3.5 Sự hấp thụ phát xạ có chọn lọc chất khí khí • Sự chênh lệch giải thích tính chất truyền khác khí xạ trái đất xạ mặt trời: Khí tương đối suốt xạ mặt trời, gần mờ đục xạ trái đất Sự hấp thụ xạ chất khí khác Các chất khí khác hấp thụ xạ mạnh/yếu bước sóng khác Tại sao? Phân tử chất hấp thụ/phát xạ | Các phân tử khí khí tương tác với photon xạ điện từ | Các loại chuyển mức lượng phân tử khác hấp thụ/phát xạ xạ bước sóng khác | Một số phân tử tương tác với photon mạnh phân tử khác nhiều | Cấu trúc phân tử khác tạo hấp thụ/phát xạ bước sóng khác Minh họa truyền hấp thụ xạ sóng dài khí ... Góp phần quan trọng vào việc hấp thụ xạ dải bước sóng 2 -3, 4-7 and >11 µm | Carbon dioxide (CO2) chất khí quan trọng thứ hai: { Hấp thụ 10 0% lượng xạ có bước sóng >11 µm 3. 3 Mơ tả lượng xạ Một... nhiệt khơng khí thực phân tử gồm phần nhỏ khối lượng khí Sự phụ thuộc khí hậu vào vơ số thành phần vi lượng làm cho khí hậu nhạy cảm với thay đổi tự nhiên thay đổi người gây thành phần khí 3. 2 Bản... ν ( T) = * ( e !ν / kT − 1) c !=6.625? ?10 -34 Js (hằng số Planck), k =1. 37 ? ?10 - 23 J/K (hằng số Boltzmann), c* = 3? ?10 8 m/s (tốc độ ánh sáng), ν tần số xạ đo 1/ s, T nhiệt độ đo độ Kelvins • Định luật
Ngày đăng: 27/02/2023, 07:29
Xem thêm:
