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Strahlungstransport unter Einbeziehung von RRS

    

Grundsätzlich beschreibt die Theorie des Strahlungstransports die makroskopische Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung und Materie. Aufgabe ist es die Bilanz der Verluste und Gewinne durch Streuung, Emission und Absorption von Strahlung durch die Materie aufzustellen. Für den UV-VIS Spektralbereich spielt die Emission bis auf wenige Ausnahmen, wie z.B. Dayglow, keine Rolle, daher lassen sich Energiegewinn- und Verlust für diese Arbeit wie folgt spezifizieren: Der Energiegewinn entlang einer ausgewählten Blickrichtung innerhalb eines beliebigen Volumens kann nur durch Streuung entstehen. Der Energieverlust kann sowohl durch Absorption, also Umwandlung der Strahlungsenergie in eine andere Form, als auch durch Streuung geschehen. Letztere stellt den Verlust durch eine Richtungsänderung der Strahlung vom Beobachter weg dar. Die Strahlungsenergie ALT für ein infinitesimales Wellenlängenintervall ALT, eine Fläche, da, einen Raumwinkel ALT und ein Zeitintervall dt hängt mit der sogenannten Radianz I (Strahlungsdichte) wie folgt zusammen:

ALT

I entspricht einem Proportionalitätsfaktor. Ist er bekannt, so ist auf die Energie, Energiedichte oder den Fluß zurückzuschließen. Zentrale Aufgabe ist es, diese Größe auf der Basis der Energiebilanz mit Hilfe der Strahlungstransportgleichung (STG) zu bestimmen. Die Illustration der Energiebilanz für einen Zylinder zeigt Bild 4.1.
  ALT

Im folgenden erfolgt die Herleitung der STG unter Berücksichtigung von Rotations RAMAN Streuung (RRS) in der Erdatmosphäre. Grundsätzlich liegt der Modifikation der STG die Aufspaltung der RAYLEIGH gestreuten Lichtenergie in eine spektral verschobene- und eine unverschobene Energiekomponente gemäß der Beschreibung in Abschnitt 3.2 zugrunde. Die spektroskopisch (mikroskopisch) relevanten Annahmen sind in Kapitel 3 dargestellt. Allgemein gehaltene Informationen zur Dispersion der RAYLEIGH Streuung mit einem Ausblick auf den Strahlungstransport sind in Young (1982) zu finden.

In Abschnitt 4.1 wird zunächst die durch RAYLEIGH Streuung geschwächte, in Abschnitt 4.2 die eingebrachte Energie diskutiert. Hiernach wird in Abschnitt 4.3 die Energiebilanz unter Berücksichtigung aller drei Streuprozesse, d.h. RAYLEIGH,- MIE- und RRS, sowie der Absorption aufgestellt. Die so aufgestellte STG erfordert einen speziellen Lösungsansatz, der in Abschnitt 5 erörtert wird. Auf Eigenschaften der MIE Streuung kann im Rahmen dieser Arbeit nicht eingegangen werden. Für diesen Themenkreis sei der Leser z.B. auf die Dissertation von Kurosu (1997) verwiesen.



 

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Marco Vountas