Theoretical Fundamentals of Atmospheric Optics

The authors of this book present the theoretical fundamentals of atmospheric optics as a science of the propagation, transformation and generation in the atmosphere of electromagnetic radiation from the ultraviolet to microwave range of the spectrum. The main characteristics of the planets of the solar system and atmospheres are described. Special attention is given to the equation of transfer of radiation in different spectrum ranges; the absorption of radiation by atmospheric gases and aerosol, molecular, aerosol and different types of non-resonant scattering; atmospheric diffraction; reflection of radiation from the surface; and glow of the atmosphere. They present the method of calculating radiation for the solar and thermal ranges of the spectrum. The monograph will be of interest to experts working in the areas of the physics and optics of the atmosphere and also suitable for students and postgraduates studying the physics of atmosphere, meteorology, physical ecology and monitoring of the environment. Z......Page Preface 10......Page 0010 1.1. The planets of the solar system 1......Page 0015 Titan 2......Page 0016 inclination angle 8......Page 0022 --- solar corona 13......Page 0027 2.1. Division of the atmosphere into layers 24......Page 0038 2.2. Spatial and time variability of the structural parameters of the atmosphere 29......Page 0043 2.3. Gas composition of the atmosphere 34......Page 0048 --- solar proton surges 42......Page 0056 2.5. Clouds and precipitation 49......Page 0063 3.1. Electromagnetic waves 53......Page 0067 radiation field 57......Page 0071 photon energy 64......Page 0078 volume radiation coefficient 76......Page 0090 3.5. Complex refraction index. Polarisation of radiation. Stokes parameters 93......Page 0107 Mueller matrix 104......Page 0118 4.1. The general characteristic of molecular absorption in the atmosphere of the Earth 114......Page 0128 4.2. Different types of molecular absorption 118......Page 0132 --- absorption 123......Page 0137 molecular induced absorption 124......Page 0138 4.5. The shape of spectral absorption lines 137......Page 0151 4.6. Quantitative characteristics of molecular absorption 155......Page 0169 4.7. Molecular absorption in the Earth atmosphere 164......Page 0178 Rayleigh-Tindall theory 170......Page 0184 5.2. Scattering and absorption on aerosol particles 183......Page 0197 5.3. Aerosol scattering and absorption in the atmosphere 202......Page 0216 5.4. Scattering of radiation with redistribution in respect of frequency 216......Page 0230 astronomical refraction 224......Page 0238 5.6. Optical phenomena in the atmosphere 237......Page 0251 underlying surface 250......Page 0264 mirror reflection 253......Page 0267 Fresnel equations 258......Page 0272 --- spherical albedo 264......Page 0278 emissivity 274......Page 0288 7. FUNDAMENTALS OF THE THEORY OF TRANSFER OF ATMOSPHERIC RADIATION 279......Page 0293 7.1. Transfer of thermal radiation 280......Page 0294 transmittance function 283......Page 0297 7.3. Methods of determination of transmittance functions 286......Page 0300 7.4. Approximate methods of radiation transfer theory 305......Page 0319 transmittance function of gas mixtures 315......Page 0329 7.6. Non-equilibrium infrared radiation 323......Page 0337 glow 326......Page 0340 8.1. Multiple scattering of radiation 335......Page 0349 Legendre polynomials 344......Page 0358 8.3. Numerical methods in the theory of radiation transfer 356......Page 0370 8.4. Algorithms and programmes for calculating radiation characteristics of the atmosphere (radiation codes) 370......Page 0384 insolation 375......Page 0389 9.2. Radiation balance of the surface 377......Page 0391 9.3. Radiation balance of the atmosphere 382......Page 0396 9.4. Radiation balance of the planet 392......Page 0406 paleoclimatology 400......Page 0414 10.1. Direct and inverse problems of the theory of transfer of radiation and atmospheric optics 407......Page 0421 remote measurement methods 410......Page 0424 10.3. Classifications of remote measurement methods 414......Page 0428 10.4. Remote methods of measurement based on measurements of attenuation (absorption) of radiation 417......Page 0431 10.5. Remote methods using measurements of atmospheric radiation 427......Page 0441 10.6. Remote measurement methods based on recording the scattered and reflected solar radiation 439......Page 0453 10.7. Active remote measurements methods 443......Page 0457 A.1. Molecular mass of dry and moist air 447......Page 0461 A.2. Units of measurement of temperature, air pressure and gas composition of the atmosphere 451......Page 0465 volume concentration of water vapour 457......Page 0471 Dobson unit 461......Page 0475 A.5. Units of measurement of spectral intensities in radiation fluxes Planck formula in different units 463......Page 0477 A.6. Units of measurement of the coefficients of molecular scattering and absorption 466......Page 0480 A.7. Units of measurement of the concentration of aerosols and volume coefficients of aerosol extinction 467......Page 0481 References 471......Page 0485 Index 477......Page 0491 Hertzberg bands 331......Page 0345 chemiluminescence 85......Page 99 331......Page 345 complex refractive index 96......Page 110 Riccati-Bessell function 185......Page 199 253......Page 267 426......Page 440 re-emission 66......Page 0080 countable concentration 455......Page 0469 Curtis-Godson method 308......Page 0322 molecular mass of dry air 448......Page 0462 dew point 460......Page 0474 Dicke effect 152......Page 166 153......Page 167 scattering force 72......Page 0086 diffusion reflection 251......Page 0265 diffusiveness factor 318......Page 0332 Dirac’s function 259......Page 0273 radiative recombination 330......Page 0344 Doppler broadening 149......Page 163 151......Page 165 Doppler effect 149......Page 0163 Doppler line shape 150......Page 0164 Doppler width 150......Page 164 effective temperature of the planet 6......Page 0020 Einstein coefficients 126......Page 0140 Einstein coefficient for forced radiation 127......Page 0141 electromagnetic waves 53......Page 67 56......Page 70 vibrational-rotational spectra 119......Page 0133 Elsasser model 288......Page 302 291......Page 305 integral albedo 5......Page 0019 Euler equation 94......Page 0108 tropopause 26......Page 0040 --- Stefan-Boltzmann law 4......Page 0018 Planck quantum 86......Page 0100 absorption function 115......Page 0129 Junge layer 46......Page 0060 aerosol optical model 212......Page 0226 Brewster point 178......Page 0192 aerosols 43......Page 0057 Aitken particles 44......Page 0058 albedo 268......Page 0282 albedo of single scattering 336......Page 0350 albedo of the surface 260......Page 0274 angle of astronomical refraction 227......Page 0241 angle of cosmic refraction 230......Page 0244 Angstrom equation 204......Page 218 205......Page 219 anomalous diffraction 194......Page 0208 --- Stokes components 218......Page 232 223......Page 237 Atmospheric aerosol 405......Page 0419 refractive index of the medium 96......Page 0110 --- Stokes vector of radiation 107......Page 0121 Fresnel-Kirchoff diffraction equation 193......Page 0207 Layman-? emission 333......Page 0347 barometric equation 33......Page 0047 Meynell bands 332......Page 0346 Van Fleck-Weisskopf line shape 147......Page 0161 Bouguer law 77......Page 91 78......Page 92 81......Page 95 176......Page 190 407......Page 421 Bouguer-Beer-Lambert law 78......Page 0092 Brewster angle 257......Page 0271 Mickelson-Lorentz theory 141......Page 0155 --- 478......Page 0492 false suns 247......Page 0261 FASCOD-3 371......Page 0385 Fermi principle 231......Page 0245 wide-band fluorescence 220......Page 0234 Fraunhofer lines 14......Page 28 19......Page 33 Fredholm equation 343......Page 0357 Fredholm integral equation 342......Page 0356 freons 41......Page 0055 permitted transitions 153......Page 0167 GEISA 158......Page 0172 generalized absorption coefficient 304......Page 0318 --- SPbGU code 372......Page 0386 wave optics 56......Page 0070 global radiation balance 398......Page 0412 SCIATRAN 373......Page 0387 Goody model 295......Page 0309 Meyer-Goody statistical model 294......Page 0308 --- spicules 15......Page 0029 greenhouse effect 35......Page 49 37......Page 51 401......Page 415 Mauna Loa observatory 38......Page 0052 gyroscope 136......Page 0150 halo 244......Page 0258 Shappui absorption bands 165......Page 0179 Hartley-Huggins ozone absorption band 422......Page 0436 Heisenberg uncertainty principle 138......Page 0152 Helmholtz rule 261......Page 0275 total flux 60......Page 0074 Henyey-Greenstein scattering 211......Page 0225 homosphere 27......Page 0041 HITRAN-96 159......Page 173 371......Page 385 zenith angle 10......Page 0024 Huygens-Fresnel principle 195......Page 0209 troposphere 25......Page 0039 Wolf number 17......Page 0031 integral solar constant 18......Page 32 20......Page 34 JPL databank 159......Page 0173 Junge distribution 204......Page 0218 k-method 297......Page 0311 Khrgian-Mazin distribution 51......Page 0065 --- 89......Page 103 90......Page 104 275......Page 289 kk-method 309......Page 0323 Kramer-Kronig relationship 182......Page 0196 Ladenburg-Reiche function 289......Page 0303 Lambert surface 262......Page 0276 Layman radiation lines 20......Page 0034 Layman-? line 157......Page 0171 Legendre adjoint functions 346......Page 0360 lidar backscattering cross-section 74......Page 0088 radar sounding 415......Page 0429 line mixing 148......Page 0162 279......Page 293 Lorentz half-width 141......Page 155 143......Page 157 Lorentz shape of the radiation line 140......Page 0154 LOWTRAN 372......Page 386 373......Page 387 Malkmus model 301......Page 0315 Malkmus statistical model 296......Page 0310 Marshall-Palmer equation 52......Page 0066 mass molecular absorption coefficient 284......Page 0298 mean intensity of solar radiation 62......Page 0076 --- 479......Page 0493 method of discrete ordinates 358......Page 0372 method of spherical harmonics 357......Page 0371 Mie equations 187......Page 0201 Rayleigh-Hans-Jeans approximation 184......Page 0198 MODTRAN code 374......Page 0388 molecular absorption 114......Page 128 118......Page 132 124......Page 138 molecular mass of moist air 449......Page 0463 radiation intensity 58......Page 0072 Monte Carlo method 366......Page 0380 multiple scattering 340......Page 0354 wide-band models 319......Page 0333 natural greenhouse effect 401......Page 0415 non-equilibrium radiation 85......Page 0099 --- precession 9......Page 0023 optical thickness 77......Page 0091 OZON-MIR spectrometer 423......Page 0437 ozone holes 40......Page 0054 --- Plass model 288......Page 0302 radiation balance 375......Page 389 393......Page 407 radiation cooling of the surface 380......Page 0394 radiation flux 59......Page 0073 radiation heating 386......Page 0400 radiation polarisation 97......Page 0111 rainbow 241......Page 255 244......Page 258 Wien’s law 88......Page 0102 Raman scattering 217......Page 0231 Rayleigh aerosol particles 188......Page 0202 Rayleigh law 175......Page 0189 Rayleigh scattering 174......Page 188 reflection 64......Page 78 250......Page 264 --- Snellius radius 225......Page 0239 refractive index of matter 54......Page 0068 World Meteorological Organisation 459......Page 0473 retroreflection 252......Page 0266 186......Page 200 Ring effect 223......Page 0237 scattering matrix 106......Page 0120 scattering of radiation 65......Page 0079 Schnaydt model 302......Page 0316 Schrodinger equation 135......Page 0149 Schumann-Runge continuum range 334......Page 0348 self-broadening coefficient 145......Page 0159 perigelium 12......Page 0026 Planck function 87......Page 101 283......Page 297 --- 480......Page 0494 --- Snell’s law 241......Page 0255 --- solar constant 4......Page 18 62......Page 76 --- spectral solar constant 18......Page 0032 --- Stokes parameters 98......Page 112 99......Page 113 --- Sun disk 16......Page 0030 --- surface radiation balance 379......Page 0393 TIROS satellite 393......Page 0407 total aerosol indicatrix of scattering 203......Page 0217 trace gases 35......Page 0049 transition zone 14......Page 0028 transparency windows 167......Page 0181 tropic of Capricorn 11......Page 0025 twilight 237......Page 251 238......Page 252 Viking space station 207......Page 0221 Voigt line 291......Page 0305 Voigt line shape 152......Page 0166 volume extinction coefficient 69......Page 83 75......Page 89 volume scattering coefficient 92......Page 0106 white knights 239......Page 0253 Zeeman phenomenon 108......Page 0122 Переход к каталогу библиотеки - файлу Catalog_Library.djvu......Page Catalog_Library.djvu