Η θερμική υπέρυθρη εκπομπή της Γης

Transcript

1 Η θερμική υπέρυθρη εκπομπή της Γης Δορυφορικές μετρήσεις στο IR. Θεωρητική θεώρηση της τηλεπισκόπισης της εκπομπήςτηςγήινηςακτινοβολίαςαπό δορυφορικές πλατφόρμες. Μοντέλα διάδοσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας (βασικές αρχές, δεδομένα εισόδου, προϊόντα). Ανάλυση δορυφορικών φασμάτων, επιστημονικά αποτελέσματα και πρακτικές εφαρμογές. Ενεργειακές στάθμες μορίων Η ενέργεια της ακτινοβολίας απορροφάται ή εκπέμπεται και αλλάζει τα ενεργειακά επίπεδα του ατόμου/μορίου: Τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων/μορίων είναι διακριτά και όχι συνεχή. Άρα, τα άτομα/μόρια μπορούν να απορροφούν/εκπέμπουν συγκεκριμένες ποσότητες ενέργειας οι οποίες αντιστοιχούν στις διαφορές ενέργειας των ενεργειακών τους επιπέδων Απορροφούν και εκπέμπουν σε συγκεκριμένα μήκη κύματος 1

2 Ενεργειακές στάθμες μορίων Η ενέργεια ενός μορίου μπορεί να έχει τις εξής μορφές: (1) translational (η γενικήκίνησητωνμορίων/ατόμων στο χώρο) (2) ταλάντωσης (3) περιστροφής (4) ηλεκτρονική Ενεργειακές στάθμες μορίων Τα πιο ενεργητικά φωτόνια [με τα μικρότερα μήκη κύματος] είναι οι ακτίνες X, στην πρώτη σειρά του γραφήματος. Προς τα κάτω οι ενεργειακές διαφορές μειώνονται, το μήκος κύματος αυξάνεται. 2

3 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία μεγαλύτερη από 0 Κεκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία η οποία επεκτείνεται σε ένα ευρύ φάσμα των ενεργειών και μηκών κύματος. Η διανομή όλων των ακτινοβόλων ενεργειών μπορεί να σχεδιαστεί σε ένα διάγραμμα γνωστό ως ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Κοντινό υπέρυθρο Μακρινό υπέρυθρο Θερμικό υπέρυθρο 99% της ηλιακής ακτινοβολίας ανήκει στο υπεριώδες, ορατό και υπέρυθρο μέρος του φάσματος 99% της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από την Γη και την ατμόσφαιρά της είναι στο θερμικό υπέρυθρο (4-50 µm) 3

4 Το φάσμα εκπομπής της Γης και του Ήλιου Ηλιακή μικρού μήκους κύματος (short wavelength) Γήινη μεγάλου μήκους κύματος (long wavelength) 4

5 Ατμοσφαιρικά παράθυρα Ατμοσφαιρικά παράθυρα: ένα μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος όπου η ατμόσφαιρα είναι σχεδόν διαφανής Υπάρχουν δύο ατμοσφαιρικά παράθυρα στο φάσμα του Ήλιου: Ορατό μέρος του φάσματος ( μm): Σχεδόν όλη η ηλιακή ακτινοβολία φτάνει στην επιφάνεια Η περισσότερη από την ηλιακή ενέργεια φτάνει στην επιφάνεια και συμμετέχει σε κλιματικές διεργασίες Μπορεί να «μπλοκαριστεί» από τα νέφη & τα αιωρούμενα σωματίδια Μείωση την ενέργειας που εισέρχεται στο σύστημα Γη/Ήλιος Ψύξη Ατμοσφαιρικά παράθυρα Παράθυρο ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος (8-12 μm): Κάποια από την Γήινη ακτινοβολία διαφεύγει προς το διάστημα Επιτρέπει στην Γη να «αποδιώξει» κάποια από την ενέργειά της πίσω στο διάστημα Μπορεί να «μπλοκαριστεί» από αυξημένες ποσότητες H 2 O, CO 2, και λοιπών θερμοκηπικών αερίων ή από νέφη Αυξημένη απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα Θέρμανση Φαινόμενο Θερμοκηπίου 5

6 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Στη γήινη ατμόσφαιρα, η ακτινοβολία εν μέρει την διαπερνά εντελώς σε μερικά μήκη κύματος, σε άλλα εκείνα τα φωτόνια απορροφώνται από την αλληλεπίδραση τους με τα μόρια του αέρα. Οι μπλε ζώνες χαρακτηρίζουν την ελάχιστη μετάβαση εισερχόμενης και/ή εξερχόμενη ακτινοβολία, ενώ οι άσπρες περιοχές δείχνουν τα ατμοσφαιρικά παράθυρα στα οποία η ακτινοβολία δεν αλληλεπιδρά πολύ με τα μόρια του αέρα. 6

7 Φάσμα απορρόφησης [εκπομπής] ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα υπεριώδες ο ρ α τ ό υπέρυθρο Φάσμα απορρόφησης 7

8 Φάσμα απορρόφησης του O 3 v 1 /v 3 v 2 Φάσμα απορρόφησης του N 2 O v 3 =4.5 µm v1 =7.8 µm v 2 =17 µm 8

9 Φάσμα απορρόφησης του H 2 O v 3 =2.66 μm v 1 =2.74 μm v 2 =6.25 μm Φάσμα απορρόφησης του CO 2 v 3 v 2 9

10 Φάσμα απορρόφησης του CH 4 v 3 v4 Άρα: Ποιό σε στοιχείο της ατμόσφαιρας οφείλεται κυρίως το φαινόμενο του θερμοκηπίου; Σε τι ύψος το βρίσκουμε; Ποιό είναι το δεύτερο ισχυρότερο θερμοκηπικό αέριο; Σε τι ύψος το βρίσκουμε; 10

11 Πλανήτης Γη Βόρεια Αφρική Πληροφορίες για την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια του εδάφους μπορούν να εξαχθούν μέσα από αυτά τα φάσματα εκπομπής Πλανήτης Άρης Νότιος πόλος 20 S Βόρειος πόλος 11

12 Επίδρασητηςύπαρξηςτηςατμόσφαιρας Επίδρασητηςύπαρξηςτηςατμόσφαιρας 12

13 Επίδραση της ύπαρξης της ατμόσφαιρας Επίδρασητηςύπαρξηςτηςατμόσφαιρας 13

14 Γήινη και Ηλιακή ακτινοβολία στην ανώτερη ατμόσφαιρα [TOA] 14