大气辐射传输原理出版时间:2014年版丛编项: 全球变化与地球系统科学系列内容简介 大气辐射传输是大气辐射和遥感领域的核心基础课程,《全球变化与地球系统科学系列:大气辐射传输原理》基于作者温迪施、杨平在德国和美国多年讲授这门课程的经验和相关科研成果积累,旨在全面而简明地介绍大气辐射传输的公式,尤其是说明与大气中电磁辐射的单次散射、多次散射、吸收和发射相关的整个物理过程。全书共分9章:第1章主要介绍大气辐射收支概况;第2章给出了《全球变化与地球系统科学系列:大气辐射传输原理》使用的物理量纲、符号、规则和约定,并简要回顾了相关数学知识;第3章介绍电磁辐射的基本概念和基本定律;第4章主要讨论电磁辐射与单粒子的相互作用;第5章进一步介绍了体散射、吸收和消光特性,即电磁辐射与粒子群的相互作用;第6章主要讲述电磁辐射传输方程,包括动态和静态、三维和一维辐射传输方程的推导;第7章讨论了辐射传输方程的几种常见数值和近似解法;第8章主要讨论大气分子的吸收与发射:第9章讲述地球辐射的传输。《全球变化与地球系统科学系列:大气辐射传输原理》可作为大气辐射和遥感相关专业高年级本科生和研究生的专业基础课教学用书,也可作为大气辐射、遥感应用、地球物理、地球化学、天文学、环境科学和光谱学等领域科研人员的参考书。目录第1章 引言1.1 大气辐射简介1.2 大气辐射收支概略图1.3 无云大气中的太阳和地球热红外光谱1.4 温室效应1.5 与天基观测的关联第2章 符号和数学知识回顾2.1 物理量纲及前缀2.2 一些规则和约定2.3 向量代数简介2.3.1 主要向量运算2.3.2 使用下标记号2.4 狄拉克δ函数2.5 几何学2.5.1 方向2.5.2 立体角2.5.3 两个方向的夹角2.6 正交函数2.6.1 勒让德多项式2.6.2 勒让德函数2.7 求积公式习题第3章 基本原理3.1 电磁辐射3.1.1 麦克斯韦方程组及其平面波解3.1.2 波长、频率、波数、色散关系和相速度3.1.3 相干、非相干和偏振3.1.4 波粒二象性3.1.5 大气的电磁辐射光谱3.2 基本辐射量3.2.1 辐射通量、辐射通量密度和辐亮度3.2.2 辐射能量密度和辐亮度3.2.3 辐照度、辐出度、出射度和光化辐射3.2.4 上行、下行和净光化通量密度与辐亮度的关系3.2.5 各向同性辐射场3.2.6 反射率、吸收率和透射率3.3 黑体和灰体辐射:基本定律3.3.1 普朗克定律3.3.2 维恩位移定律3.3.3 斯特藩-玻尔兹曼定律3.3.4 瑞利-金斯近似和维恩近似3.3.5 发射率和基尔霍夫定律习题第4章 电磁辐射与单粒子的相互作用4.1 概述4.2 复折射指数4.3 电场矢量分解4.4 复振幅散射矩阵4.5 斯托克斯矢量4.6 偏振度4.7 穆勒矩阵4.8 单粒子光学特性4.8.1 光学参数4.8.2 光学定理4.9 球形粒子的洛伦茨米理论4.9.1 假设和目的4.9.2 效率因子4.9.3 单次散射消光比4.9.4 复振幅散射矩阵元素4.9.5 穆勒矩阵元素4.9.6 偏振4.9.7 非偏振入射辐射的相函数4.9.8 不对称因子4.10 瑞利散射和振荡电偶极子4.10.1 复振幅散射矩阵和穆勒矩阵4.10.2 偏振度4.10.3 非偏振入射辐射的瑞利相函数4.10.4 散射截面和效率因子4.10.5 消光和吸收截面及效率因子4.10.6 瑞利散射作为洛伦茨-米理论的近似4.10.7 大气中的瑞利散射4.11 非球形粒子散射4.11.1 解析法4.11.2 穆勒矩阵4.11.3 相函数4.11.4 光学特性4.12 大粒子散射的几何光学方法4.12.1 在平面界面上反射和透射引起的方向改变:斯涅耳定律4.12.2 n2定律4.12.3 反射和透射的菲涅耳公式4.12.4 平面界面透射的辐射能量变化4.12.5 平面界面反射的辐射能量变化4.12.6 射线追踪技术4.12.7 衍射4.13 虹和晕习题第5章 体光学特性5.1 粒子尺度分布5.1.1 解析描章5.1.2 体微物理参数5.1.3 参数化5.2 体散射、吸收和消光习题第6章 辐射传输方程6.1 光学厚度6.2 朗伯-布格定律6.2.1 微分形式和指数形式6.2.2 在直射太阳辐照度中的应用6.3 辐射传输方程的一般形式6.3.1 光谱光子密度函数6.3.2 散射介质中的辐射传输方程6.3.3 光子收支方程6.3.4 总辐亮度的动态和静态三维辐射传输方程6.3.5 漫射辐亮度的三维静态辐射传输方程6.4 水平均匀大气的一维辐射传输方程6.4.1 独立变量6.4.2 漫射辐亮度的一维辐射传输方程标准形式6.4.3 下行漫射辐亮度6.4.4 上行辐亮度习题第7章 辐射传输方程的数值和近似解法7.1 勒让德展开和傅里叶展开7.1.1 相函数的勒让德多项式展开7.1.2 相函数截断和相似性原理7.1.3 大气的角坐标系7.1.4 Delta-M和Delta-Fit方法7.1.5 漫射辐亮度和辐照度的傅里叶展开7.2 漫射辐亮度的傅里叶系数方程7.2.1 非吸收大气中的净辐射通量密度7.3 逐次散射法7.4 累加-倍加法7.4.1 基本原理7.4.2 辐亮度的一般形式7.4.3 通量密度计算中的应用7.5 离散纵标法7.6 球谐函数法7.7 蒙特卡罗方法7.7.1 基本原理7.7.2 后向(反向)蒙特卡罗方法7.8 二流近似7.8.1 经典表述7.8.2 基于辐射传输方程的二流近似习题第8章 大气分子的吸收与发射8.1 光子与气体分子的相互作用8.1.1 分子能量形式8.1.2 光子的吸收与发射8.1.3 量子化的能量和频率8.1.4 热平衡下的能级概率8.2 能级跃迁的例子8.2.1 气体分子的结构8.2.2 分子转动能8.2.3 分子振动能8.3 单原子分子谱线8.3.1 分子的电子轨道能8.3.2 氢原子谱线8.4 分子吸收和发射谱线8.4.1 分子转动光谱8.4.2 分子的电子轨道能和转动能比较8.4.3 双原子分子的振动光谱8.4.4 分子振一转光谱8.5 大气气体光谱举例8.5.1 三种常见光谱8.5.2 红外谱区的组合振-转跃迁8.5.3 近红外到可见光区光谱8.5.4 可见光到紫外光区光谱——电子轨道跃迁8.6 吸收和发射线型的近似8.6.1 吸收谱线的洛伦兹线型——碰撞增宽8.6.2 热多普勒线型8.6.3 沃伊特线型——碰撞和多普勒效应混合增宽8.7 光谱透射率和吸收率8.7.1 弱线近似和强线近似8.7.2 逐线法8.7.3 带模式8.7.4 非均匀大气路径的近似调整8.7.5 南分布法8.7.6 相关南分布法8.7.7 相关七分布法在卫星遥感中的应用习题第9章 地球辐射的传输9.1 下行光谱辐射9.1.1 下行漫射辐亮度9.1.2 下行漫射辐照度9.2 上行光谱辐射9.2.1 上行漫射辐亮度9.2.2 上行漫射辐照度9.3 模拟光谱示例9.3.1 下行和上行辐亮度9.3.2 卷云对地球光谱辐照度的影响9.4 宽带地球辐射传输9.4.1 卷云对辐照度的影响9.4.2 辐射致冷与辐射加热习题附录A 缩写、符号和常数A.1 缩写词A.2 下标和上标A.3 希腊字符A.4 拉丁字符A.5 物理常数A.6 数学常数参考文献索引 上一篇: 激光雷达大气参数测量:中国东部重要大气参数高分辨率垂直分布探查 下一篇: 风婆婆雨婆婆的怪脾气