Основы теоретической атмосферной оптики. Тимофеев Ю.М - 120 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

120
молекул на уровне Земли значительно меньше и, например, для полосы углекислого газа
при 15 мкм составляет примерно 2.5⋅10
–5
с в диапазоне температур 250–300 К. Поскольку
это время жизни изменяется обратно пропорционально атмосферному давлению,
радиативное и столкновительное времена жизни становятся примерно равными на высоте
70 км. Эта высота и является грубой оценкой высотного уровня нарушения ЛТР для
колебательных состояний, участвующих в формировании 15 мкм полосы СО
2
[51].
Аналогичный анализ столкновительного и радиативного времен жизни для
вращательных уровней энергий молекул показывает, что высотные уровни нарушений
вращательного ЛТР (т.е. нарушение закона Больцмана для населенностей вращательных
уровней) наблюдаются значительно выше в земной атмосфере (выше 100 км). Как
показали расчеты и эксперименты по измерениям собственного излучения атмосферы, в
земной атмосфере наблюдаются
отклонения от ЛТР для вращательных и спиновых
состояний некоторых молекул (например, СО, ОH, NO).
Решение задач переноса неравновесного ИК излучения для колебательных
состояний проводится в два этапа:
а) сначала рассчитываются населенности колебательных состояний молекулы на основе
решения системы кинетических уравнений, включающих различные процессы
возбуждения и девозбуждения колебательных состояний рассматриваемой молекулы;
б) затем
проводится расчет коэффициентов поглощения и излучения (например, по
формулам (3.4.11) и (3.4.12)), интенсивности и потоков неравновесного ИК излучения.
Подчеркнем, что высотные уровни нарушения колебательного ЛТР существенно зависят
от изотопической разновидности молекулы, энергии колебательного состояния, для
некоторых колебательных состояний – также от зенитного угла Солнца в дневное время
(как важного фактора, влияющего на населенности
различных состояний внутренней
энергии молекул). Например, для колебательных состояний молекулы О
3
они сильно
отличаются для дневных и ночных условий. Для общей характеристики приведем
табл. 6.1, где приведены оценки высотных уровней нарушений ЛТР для ряда атмосферных
газов и их полос [47].
Таблица 6.1. Высотные уровни нарушения колебательного ЛТР.
Газ Полоса, мкм
Приблизительный высотный уровень
нарушения, км
СО
2
15 мкм
4.3 мкм
2.0 мкм
70
60 (ночь); 50 (день)
10 (день)
H
2
O 6.3 мкм
2.7 мкм
65 (ночь); 40 (день)
25 (день)
О
3
9.6 мкм 70 (ночь); 30–40 (день)
25 (день)
СH
4
7.6 мкм
6.5 мкм
60
60
N
2
О 17 мкм 70 (ночь)
СО 4.7 мкм 40 (ночь)
NO 5.3 мкм 55 (ночь); 15 (день)

Страницы