为什么地球大气的吸收光谱在波长为4 μm处有一个窗口?

Question

看着维基百科关于吸收带的页面，在我看来，似乎有一个相当大的窗口-即a局部最小值-在图中电磁辐射吸收，如下图所示。

水蒸气,氧气,臭氧,甲烷对波长为4 μm的辐射完全透明，二氧化碳只是开始吸收而已后这个点，甚至一氧化二氮那里有一扇窗户。此外,瑞利散射也是最小值。

在…之上那,这是地球科江南体育网页版学堆栈交换的答案江南电子竞技平台通过卡米洛·Rada而且其来源显示最小(低于0.5%)的吸收二氧化硫在该波长。

为什么会这样?这似乎是一个相当奇怪的巧合，这么多东西在4 μm(一个特定的波长)下都是透明的中红外)电磁辐射。

Answer 1

在这个波长上，对任何温室气体的吸收都不够强。然而，这并不意味着没有。

记住，你在这里看到的是传输函数，并在线性尺度上绘制出来，然后加上它。在某一大气高度z处，每波长的透射函数定义为$T = I(z)/I_0 = e^{-\tau(z)}$，其中为光学深度\τ美元是沿路径对所有物种的不透明度乘以密度的视距积分，即。美元\τ(z) = \ int_z ^ \ infty dz \;\sum_{\rm species} \rho_s(z) \kappa_{s}(z)$,在那里\ρ(z)美元一个物种的密度是多少年代美元在给定的高度，和$ \ kappa_{年代}$．
快速查看水的不透明度在1巴和300K的对数刻度(从DACE不透明度数据库)表明，在这个波长上，只有常规分子波段的显著下降，而没有其他。其他物种也一样。

所以事实上，在4微米处似乎有一个可疑的下降是因为我们的大气柱深度积分\ρ(z)美元在这个波长下给出一个小的，但非零的值\τ(z)美元．如果传输图是对数的，你会看到这个非零值。

此外，试着去理解

为什么会这样?这么多东西在4 μm(中波长红外的特定波长)电磁辐射下都是透明的，这似乎是一个相当奇怪的巧合。

只要把分子不透明性想象成波长空间中的周期信号。如果你叠了足够多的周期，通过叠加，你总会在某个地方找到一个最小值。对于你提到的几种成分，这个最小值恰好是4\μ美元m。