大气辐射教学过程中一些概念讲解的探讨研究

【摘要】大气辐射学是大气物理学中一个重要的分支。它以分子光谱学、电磁学、光学为基础，其涉及的概念繁多,在教学过程中需要特别注意对一些基本概念的讲解。本文重点讨论了单次散射源函数、相函数非对称因子和逐次散射方法的教学讲解，有利于对这些概念在教学中的澄清。

【关键词】单次散射源函数；非对称因子；逐次散射法

大气辐射学是大气物理学中一个古老的.但近年来又获得蓬勃发展的学科。他研究辐射能在地球-大气系统内传输和转换的规律及其应用，属大气物理学的一个分支。最近几十年来，大气遥感探测（卫星与地面）研究，特别是以人类活动对未来全球气候环境的冲击为代表的现代气候和环境研究的发展，提出了进一步发展大气辐射模式的需要。大气辐射学以分子光谱学、电磁学、光学为基础，其涉及的概念繁多,在教学过程中需要特别注意.本文重点讨论了在大气辐射教学过程值得注意几个概念问题。

1）单次散射源函数

对于单次散射，我们假设入射辐射强度的初始值为I0，传播方向为-μ0，则它到达τ处的辐射强度为,I■e■.由于太阳光是平行光入射,所以只在-μ0一个方向上即可以用δ函数表示这个过程。I■（τ，μ）=δ（μ，-μ■）■其中F■为太阳的通量密度(即F■=2π■I■dμ)。在τ处发生单次散射后，散射到方向-μ0的辐射强度即为：

■I■e■■■dμ=■δ（μ′，-μ■）■■■dμ′=■F■e■■■I■e■■■dμ=■δ（μ′，-μ■）■■■e■dμ′ =■F■e■P（μ，-μ■）。以上过程完成了单次散射源函数的推导过程。

2）非对称因子

在辐射传输过程中，相函数是非常重要的概念，它表征粒子散射能量的空间分布。为了表示前向散射与后向散射的对称性，在研究散射问题时，引入了非对称因子。不对称因子定义为散射相函数往光线入射方向进行投影后值相加，值域为[-1,1]。非对称因子同时也是相函数的一阶矩，在辐射传输研究中是一个重要参数。对于各向同性散射情况，由于辐射在所有方向的分布是相同的，不对称因子为g=0（比如瑞利散射的情况）。当相函数的衍射峰变陡峭时，不对称因子增大。如果相函数峰值出现在朝后的方向（90°～180°），则不对称因子可为负值。对于很强的后向散射，不对称因子接近-1。对于非常强的前项散射非对称因子为1。实际大气中由于气溶胶和云以前项散射为主，所以粒子的散射非对称因子通常为[0 1]。

3）逐次散射法

逐次散射法是指对散射一次、两次、三次等的光子分别计算其强度。于是，总强度为所有各次散射强度的之和。理论上，逐次散射法不仅限于平面平行大气，也适用于各种不均匀结果。在实际计算中，在光学厚度较大或者单次散射反照率比较大的时候，即实际发生的散射次数较多的情况下，这种方法的数值收敛很慢，需要大量的计算时间。从数学的角度来看，逐次散射法其实就是一种摄动法，它是对单次散射反照率ω进行小参数展开。

总之，大气辐射涉及光学、气象学、热力学、电磁学、分子物理学等学科，基本概念繁多，老师在教学过程中，必须特别注意对这些基本概念和方法的讲解。

［责任编辑：薛俊歌］

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