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

http://www.google.no/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjr58XIv_PaAhWE_iwKHStOBVUQjRx6BAgBEAU&url=http://ara.abct.lmd.polytechnique.fr/index.php?page%3Dcarbon-cycle&psig=AOvVaw2UosU2uk2CPoTpj4KWTDL_&ust=1525778768637250

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!

Værradar

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.