気候システム論
大気中の放射伝達

気象にかかわる放射伝達のプロセス

電磁波と物質の相互作用

物体との相互作用によって電磁波に起こることには、 射出吸収散乱がある。

射出は光子の発生であり、 物体のもつ内部エネルギー(分子運動のエネルギー)が 電磁波のエネルギーに変わる。 吸収は光子の消滅であり、 電磁波のエネルギーが物体の内部エネルギーに変わる。 (対流圏・成層圏の大気では電磁波を吸収した成分の分子とその他の分子との間の衝突が じゅうぶん頻繁なので、成分別に分けない大気の内部エネルギーと考えてよい。)

散乱は、光子の存在には変わりはなく、 物体も正味でエネルギーを得ないが、光子の向きが変えられる。

放射エネルギーフラックスの立場での整理

物体の層とのかかわりで電磁波によるエネルギーの流れに起こることは、 射出吸収透過反射に分けられる。

物体中に含まれる粒子による電磁波の散乱は、 出力の電磁波の向きが入力の電磁波の向きに近い場合(前方散乱)は透過、 その反対に近い場合(後方散乱)は反射にまとめられる。 透過にはこのほかに、電磁波が物体とまったく相互作用しない場合が含まれる。

地球大気に即した整理

地球大気では、太陽放射と地球放射(大気・海・陸を含めた地球上の物体から射出される放射)の 波長域の重なりが少ないので、 気象学では、波長約4μmを境に、 波長の短い側を太陽放射または短波放射、 長い側を地球放射または長波放射として 分けて扱うことが多い。 (ラジオ放送でいう「短波」「長波」は違う波長域をさすので、文脈で区別する必要がある。)

太陽放射地球放射
紫外線可視・近赤外熱赤外
気体成分N2、O2、Arほぼ透過、レイリー散乱ほぼ透過
水蒸気、CO2など吸収・射出 (振動・回転バンド)
オゾン吸収 (光化学)
雲・エーロゾル(白)ミー散乱吸収・射出 (黒体に近い)
(黒)吸収
地表面(陸・水域)吸収、反射吸収・射出 (黒体に近い)

散乱の分類

直達光と散乱光

太陽放射は、地上で見ると、各時刻ごとに、天の狭い範囲から、ほぼ平行な光線として届く。 大気による散乱を受けず方向性をもったまま届く部分を直達光、 散乱を受けて方向がランダムになった部分を散乱光という。

日射量

日射量とは、太陽放射のエネルギーフラックス密度のことである。

地表面の面積あたりの太陽放射エネルギーフラックス密度を全天日射量 という。これは直達日射量散乱日射量に分けられる。

参考文献


2012-05-24, 2013-05-18, 2017-11-06
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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