- PII
- 10.31857/S0044451024040047-1
- DOI
- 10.31857/S0044451024040047
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume 165 / Issue number 4
- Pages
- 494-507
- Abstract
- Рассмотрен характер теплового излучения из слоя плотного газа, находящегося в локальном термодинамическом равновесии с излучением. Спектр излучения слоя газа, содержащего смесь молекулярных газов и микрочастиц, состоит из большого числа (сотен и тысяч) пиков, которые поднимаются над пьедесталом, отвечающим излучению микрочастиц. Исследуется изменение парциальных потоков излучения при изменении концентрации одной из активных компонент. Большое значение для проводимого анализа и расчетов имеет информация по излучательным параметрам молекул, которая содержится в банке данных HITRAN. Показано, что модель однородной атмосферы с усреднением по спектру для одной или всех компонент ненадежна при анализе изменения потока излучения в результате изменения концентрации одной из излучающих компонент. Эта модель удобна только для оценки интегральных параметров излучения газа. Модель плотного облака использует предположение, что излучение в разные стороны слоя определяются разными пространственными областями, не влияющими друг на друга, а также предполагает резкую границу для излучения дисперсной фазы. Эта модель работает тем лучше, чем больше оптическая толщина слоя относительно молекулярных компонент. Точность и возможности модели плотного облака демонстрируются расчетами потоков излучения, создаваемых стандартной атмосферой в области полос поглощения молекул углекислого газа. Показана принципиальная разница между изменением потока излучения из оптически плотного слоя газа с меняющейся температурой при изменении концентрации активной компоненты для однокомпонентной и многокомпонентной систем. В однокомпонентном газе изменение парциального потока излучения в результате изменения концентрации излучающей компоненты пропорционально градиенту температуры, тогда как в многокомпонентном газе изменение парциального потока излучения данной компоненты почти компенсируется обратным изменением за счет поглощения другими компонентами. Показана ошибка в пять раз в климатических моделях для изменения глобальной температуры в результате изменения концентрации атмосферного углекислого газа, поскольку в этих моделях пренебрегается поглощением излучения дополнительного углекислого газа молекулами воды и облаками. В дополнение к этому, представленные алгоритмы могут стать основой для создания усилителей излучения в области лазерных переходов для углекислого газа с длинами волн вблизи 9.5 и 10.6 мкм. Эти усилители подходят для мониторинга очагов горения на поверхности Земли со спутников, а также двигателей и энергетических установок, использующих сжигание горючих веществ. Чувствительность этих лазерных усилителей на порядки величины превышает чувствительность современных тепловизоров, а указанные для усиления спектральные линии лазерных переходов попадают в окно прозрачности атмосферы.
- Keywords
- Date of publication
- 01.04.2024
- Year of publication
- 2024
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 62
References
- 1. U.S. Standard Atmosphere, Washington, U.S. Government Printing Office (1976).
- 2. https://www.cfa.harvard.edu/
- 3. http://www.hitran.iao.ru/home
- 4. http://www.hitran.org/links/docs/definitions-andunits
- 5. R. M. Goody, Atmospheric Radiation : Theoretical Basis, Oxford Univ. Press, London (1964).
- 6. R. M. Goody and Y. L. Yung, Principles of Atmospheric Physics and Chemistry, Oxford Univ. Press (1995).
- 7. K. N. Liou, An Introduction to Atmospheric Radiation, Acad. Press, Amsterdam (2002).
- 8. G. W. Petry, A First Course in Atmospheric Radiation, Sunlog Publ., Madison (2006).
- 9. W. Zdunkowski, T. Trautmann, and A. Bott, Radiation in the Atmosphere, Cambridge Univ. Press, Cambridge (2007).
- 10. M. L. Salby, Physics of the Atmosphere and Climate, Cambridge Univ. Press, Cambridge (2012).
- 11. B. M. Smirnov, Microphysics of Atmospheric Phenomena, Springer Atmospheric Series, Switzerland (2017).
- 12. B. M. Smirnov, Transport of Infrared Atmospheric Radiation, de Gruyter, Berlin (2020).
- 13. B. M. Smirnov and D. A. Zhilyaev, Foundation 1, 184 (2021).
- 14. B. M. Smirnov, Global Atmospheric Phenomena Involving Water, Springer Atmospheric Series, Switzerland (2020).
- 15. V. P. Krainov, Qualitative Methods in Physical Kinetics and Hydrodynamics, American Inst. of Phys., New York (1992).
- 16. B. M. Smirnov, Global Energetics of the Atmosphere, Springer Atmospheric Series, Switzerland (2021).
- 17. F. Reif, Statistical and Thermal Physics, McGrow Hill, Boston (1965).
- 18. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Статистическая физика, т. 1, Наука, Москва (1976) [Oxford, Pergamon Press (1980)].
- 19. Я. Б. Зельдович, Ю. П. Райзер, Физика ударных волн и высокотемпературные гидродинамические явления, Наука, Москва (1966).
- 20. B. M. Smirnov, Physics of Ionized Gases, Wiley, New York (2001).
- 21. S. Arrhenius, Phil. Mag. 41, 237 (1896).
- 22. G. S. Calendar, Weather 4, 310 (1949).
- 23. G. N. Plass, Tellus VIII, 141 (1956).
- 24. G. N. Plass and D. I. Fivel, Quant. J. Roy. Met. Soc. 81, 48 (1956).
- 25. Intergovernmental Panel on Climate Change, Nature 501, 297 (2013); http://www.ipcc.ch/pdf/assessment?report/ar5/wg1/WGIAR5-SPM-brochure-en.pdf
- 26. B. M. Smirnov, J. Atmos. Sci. Res. 2, 21 (2019).
- 27. G. Kirchhoff and R. Bunsen, Ann. der Physik und Chem. 109, 275 (1860).
- 28. Д. А. Жиляев, Б. М. Смирнов, ЖЭТФ 160, 807 (2021).
- 29. Palaeosens Project Members, Nature 491, 683 (2012).
- 30. L. B. Stap, P. K¨ohler, and G. Lohmann, Earth Syst. Dynam. 10, 333 (2019).
- 31. J. Feichter, E. Roeckner, U. Lohmann, and B. Liepert, J. Clim. 17, 2384 (2004).
- 32. J. Hansen, , M. Sato, R. Ruedy et al., J. Geophys. Res. 110, D18104 (2005).
- 33. J. Hansen, M. Sato, R. Ruedy et. al., http://www.columbia.edu/ jeh1/mailing/2016/20160120-Temperature2015
- 34. http://berkeleyearth.org/global-temperature-reportfor-2021
- 35. https://en.wikipedia.org/wiki/HadCRUT
- 36. https://datahub.io/core/global-temp
- 37. https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-globaltemperature
- 38. R. D. Hudson and J. W. Hudson, Proc. IEEE 63, 104 (1975).
