《大氣輻射傳輸原理》原版是由德國萊比錫氣象研究所Manfred Wendisch教授和美國德克薩斯州A&M大學楊平教授合著，是大氣遙感領域經典教材，譯版已於2014年6月由高教出版社出版。
基本介紹
內容提要
大氣輻射傳輸是大氣輻射和遙感領域的核心基礎課程，《大氣輻射傳輸原理》基於作者溫迪施、楊平在德國和美國多年講授這門課程的經驗和相關科研成果積累，旨在全面而簡明地介紹大氣輻射傳輸的公式，尤其是說明與大氣中電磁輻射的單次散射、多次散射、吸收和發射相關的整個物理過程。
本書特色從機理和數學公式推導的角度詳細介紹了該領域的相關基礎知識，同時貼近套用，注重實踐，包含了近年來前沿研究中廣泛使用的相關k分布法、幾何光學方法、Delta—Fit方法和蒙特卡羅方法等內容。內容要點包括：電磁輻射與單粒子的相互作用、電磁輻射與粒子群的相互作用、三維動態和靜態輻射傳輸方程、水平均勻大氣的一維輻射傳輸方程、輻射傳輸方程的數值解法和近似解法、大氣分子的吸收和發射、寬頻地球輻射傳輸。
本書特色從機理和數學公式推導的角度詳細介紹了該領域的相關基礎知識，同時貼近套用，注重實踐，包含了近年來前沿研究中廣泛使用的相關k分布法、幾何光學方法、Delta—Fit方法和蒙特卡羅方法等內容。內容要點包括：電磁輻射與單粒子的相互作用、電磁輻射與粒子群的相互作用、三維動態和靜態輻射傳輸方程、水平均勻大氣的一維輻射傳輸方程、輻射傳輸方程的數值解法和近似解法、大氣分子的吸收和發射、寬頻地球輻射傳輸。
全書共分9章：第1章主要介紹大氣輻射收支概況；第2章給出了本書使用的物理量綱、符號、規則和約定，並簡要回顧了相關數學知識；第3章介紹電磁輻射的基本概念和基本定律；第4章主要討論電磁輻射與單粒子的相互作用；第5章進一步介紹了體散射、吸收和消光特性，即電磁輻射與粒子群的相互作用；第6章主要講述電磁輻射傳輸方程，包括動態和靜態、三維和一維輻射傳輸方程的推導；第7章討論了輻射傳輸方程的幾種常見數值和近似解法；第8章主要討論大氣分子的吸收與發射：第9章講述地球輻射的傳輸。
本書可作為大氣輻射和遙感相關專業高年級本科生和研究生的專業基礎課教學用書，也可作為大氣輻射、遙感套用、地球物理、地球化學、天文學、環境科學和光譜學等領域科研人員的參考書。
目錄
第1章 引言
1.1 大氣輻射簡介
1.2 大氣輻射收支概略圖
1.3 無雲大氣中的太陽和地球熱紅外光譜
1.4 溫室效應
1.5 與天基觀測的關聯
第2章 符號和數學知識回顧
2.1 物理量綱及前綴
2.2 一些規則和約定
2.3 向量代數簡介
2.3.1 主要向量運算
2.3.2 使用下標記號
2.4 狄拉克δ函式
2.5 幾何學
2.5.1 方向
2.5.2 立體角
2.5.3 兩個方向的夾角
2.6 正交函式
2.6.1 勒讓德多項式
2.6.2 勒讓德函式
2.7 求積公式
習題
第3章 基本原理
3.1 電磁輻射
3.1.1 麥克斯韋方程組及其平面波解
3.1.2 波長、頻率、波數、色散關係和相速度
3.1.3 相干、非相干和偏振
3.1.4 波粒二象性
3.1.5 大氣的電磁輻射光譜
3.2 基本輻射量
3.2.1 輻射通量、輻射通量密度和輻亮度
3.2.2 輻射能量密度和輻亮度
3.2.3 輻照度、輻出度、出射度和光化輻射
3.2.4 上行、下行和淨光化通量密度與輻亮度的關係
3.2.5 各向同性輻射場
3.2.6 反射率、吸收率和透射率
3.3 黑體和灰體輻射：基本定律
3.3.1 普朗克定律
3.3.2 維恩位移定律
3.3.3 斯特藩-玻爾茲曼定律
3.3.4 瑞利-金斯近似和維恩近似
3.3.5 發射率和基爾霍夫定律
習題
第4章 電磁輻射與單粒子的相互作用
4.1 概述
4.2 復折射指數
4.3 電場矢量分解
4.4 復振幅散射矩陣
4.5 斯托克斯矢量
4.6 偏振度
4.7 穆勒矩陣
4.8 單粒子光學特性
4.8.1 光學參數
4.8.2 光學定理
4.9 球形粒子的洛倫茨米理論
4.9.1 假設和目的
4.9.2 效率因子
4.9.3 單次散射消光比
4.9.4 復振幅散射矩陣元素
4.9.5 穆勒矩陣元素
4.9.6 偏振
4.9.7 非偏振入射輻射的相函式
4.9.8 不對稱因子
4.10 瑞利散射和振盪電偶極子
4.10.1 復振幅散射矩陣和穆勒矩陣
4.10.2 偏振度
4.10.3 非偏振入射輻射的瑞利相函式
4.10.4 散射截面和效率因子
4.10.5 消光和吸收截面及效率因子
4.10.6 瑞利散射作為洛倫茨-米理論的近似
4.10.7 大氣中的瑞利散射
4.11 非球形粒子散射
4.11.1 解析法
4.11.2 穆勒矩陣
4.11.3 相函式
4.11.4 光學特性
4.12 大粒子散射的幾何光學方法
4.12.1 在平面界面上反射和透射引起的方向改變：斯涅耳定律
4.12.2 n2定律
4.12.3 反射和透射的菲涅耳公式
4.12.4 平面界面透射的輻射能量變化
4.12.5 平面界面反射的輻射能量變化
4.12.6 射線追蹤技術
4.12.7 衍射
4.13 虹和暈
習題
第5章 體光學特性
5.1 粒子尺度分布
5.1.1 解析描章
5.1.2 體微物理參數
5.1.3 參數化
5.2 體散射、吸收和消光
習題
第6章 輻射傳輸方程
6.1 光學厚度
6.2 朗伯-布格定律
6.2.1 微分形式和指數形式
6.2.2 在直射太陽輻照度中的套用
6.3 輻射傳輸方程的一般形式
6.3.1 光譜光子密度函式
6.3.2 散射介質中的輻射傳輸方程
6.3.3 光子收支方程
6.3.4 總輻亮度的動態和靜態三維輻射傳輸方程
6.3.5 漫射輻亮度的三維靜態輻射傳輸方程
6.4 水平均勻大氣的一維輻射傳輸方程
6.4.1 獨立變數
6.4.2 漫射輻亮度的一維輻射傳輸方程標準形式
6.4.3 下行漫射輻亮度
6.4.4 上行輻亮度
習題
第7章 輻射傳輸方程的數值和近似解法
7.1 勒讓德展開和傅立葉展開
7.1.1 相函式的勒讓德多項式展開
7.1.2 相函式截斷和相似性原理
7.1.3 大氣的角坐標系
7.1.4 Delta-M和Delta-Fit方法
7.1.5 漫射輻亮度和輻照度的傅立葉展開
7.2 漫射輻亮度的傅立葉係數方程
7.2.1 非吸收大氣中的淨輻射通量密度
7.3 逐次散射法
7.4 累加-倍加法
7.4.1 基本原理
7.4.2 輻亮度的一般形式
7.4.3 通量密度計算中的套用
7.5 離散縱標法
7.6 球諧函式法
7.7 蒙特卡羅方法
7.7.1 基本原理
7.7.2 後向(反向)蒙特卡羅方法
7.8 二流近似
7.8.1 經典表述
7.8.2 基於輻射傳輸方程的二流近似
習題
第8章 大氣分子的吸收與發射
8.1 光子與氣體分子的相互作用
8.1.1 分子能量形式
8.1.2 光子的吸收與發射
8.1.3 量子化的能量和頻率
8.1.4 熱平衡下的能級機率
8.2 能級躍遷的例子
8.2.1 氣體分子的結構
8.2.2 分子轉動能
8.2.3 分子振動能
8.3 單原子分子譜線
8.3.1 分子的電子軌道能
8.3.2 氫原子譜線
8.4 分子吸收和發射譜線
8.4.1 分子轉動光譜
8.4.2 分子的電子軌道能和轉動能比較
8.4.3 雙原子分子的振動光譜
8.4.4 分子振一轉光譜
8.5 大氣氣體光譜舉例
8.5.1 三種常見光譜
8.5.2 紅外譜區的組合振-轉躍遷
8.5.3 近紅外到可見光區光譜
8.5.4 可見光到紫外光區光譜——電子軌道躍遷
8.6 吸收和發射線型的近似
8.6.1 吸收譜線的洛倫茲線型——碰撞增寬
8.6.2 熱都卜勒線型
8.6.3 沃伊特線型——碰撞和都卜勒效應混合增寬
8.7 光譜透射率和吸收率
8.7.1 弱線近似和強線近似
8.7.2 逐線法
8.7.3 帶模式
8.7.4 非均勻大氣路徑的近似調整
8.7.5 南分布法
8.7.6 相關南分布法
8.7.7 相關七分布法在衛星遙感中的套用
習題
第9章 地球輻射的傳輸
9.1 下行光譜輻射
9.1.1 下行漫射輻亮度
9.1.2 下行漫射輻照度
9.2 上行光譜輻射
9.2.1 上行漫射輻亮度
9.2.2 上行漫射輻照度
9.3 模擬光譜示例
9.3.1 下行和上行輻亮度
9.3.2 捲雲對地球光譜輻照度的影響
9.4 寬頻地球輻射傳輸
9.4.1 捲雲對輻照度的影響
9.4.2 輻射致冷與輻射加熱
習題
附錄A 縮寫、符號和常數
A.1 縮寫詞
A.2 下標和上標
A.3 希臘字元
A.4 拉丁字元
A.5 物理常數
A.6 數學常數
參考文獻
索引
1.1 大氣輻射簡介
1.2 大氣輻射收支概略圖
1.3 無雲大氣中的太陽和地球熱紅外光譜
1.4 溫室效應
1.5 與天基觀測的關聯
第2章 符號和數學知識回顧
2.1 物理量綱及前綴
2.2 一些規則和約定
2.3 向量代數簡介
2.3.1 主要向量運算
2.3.2 使用下標記號
2.4 狄拉克δ函式
2.5 幾何學
2.5.1 方向
2.5.2 立體角
2.5.3 兩個方向的夾角
2.6 正交函式
2.6.1 勒讓德多項式
2.6.2 勒讓德函式
2.7 求積公式
習題
第3章 基本原理
3.1 電磁輻射
3.1.1 麥克斯韋方程組及其平面波解
3.1.2 波長、頻率、波數、色散關係和相速度
3.1.3 相干、非相干和偏振
3.1.4 波粒二象性
3.1.5 大氣的電磁輻射光譜
3.2 基本輻射量
3.2.1 輻射通量、輻射通量密度和輻亮度
3.2.2 輻射能量密度和輻亮度
3.2.3 輻照度、輻出度、出射度和光化輻射
3.2.4 上行、下行和淨光化通量密度與輻亮度的關係
3.2.5 各向同性輻射場
3.2.6 反射率、吸收率和透射率
3.3 黑體和灰體輻射：基本定律
3.3.1 普朗克定律
3.3.2 維恩位移定律
3.3.3 斯特藩-玻爾茲曼定律
3.3.4 瑞利-金斯近似和維恩近似
3.3.5 發射率和基爾霍夫定律
習題
第4章 電磁輻射與單粒子的相互作用
4.1 概述
4.2 復折射指數
4.3 電場矢量分解
4.4 復振幅散射矩陣
4.5 斯托克斯矢量
4.6 偏振度
4.7 穆勒矩陣
4.8 單粒子光學特性
4.8.1 光學參數
4.8.2 光學定理
4.9 球形粒子的洛倫茨米理論
4.9.1 假設和目的
4.9.2 效率因子
4.9.3 單次散射消光比
4.9.4 復振幅散射矩陣元素
4.9.5 穆勒矩陣元素
4.9.6 偏振
4.9.7 非偏振入射輻射的相函式
4.9.8 不對稱因子
4.10 瑞利散射和振盪電偶極子
4.10.1 復振幅散射矩陣和穆勒矩陣
4.10.2 偏振度
4.10.3 非偏振入射輻射的瑞利相函式
4.10.4 散射截面和效率因子
4.10.5 消光和吸收截面及效率因子
4.10.6 瑞利散射作為洛倫茨-米理論的近似
4.10.7 大氣中的瑞利散射
4.11 非球形粒子散射
4.11.1 解析法
4.11.2 穆勒矩陣
4.11.3 相函式
4.11.4 光學特性
4.12 大粒子散射的幾何光學方法
4.12.1 在平面界面上反射和透射引起的方向改變：斯涅耳定律
4.12.2 n2定律
4.12.3 反射和透射的菲涅耳公式
4.12.4 平面界面透射的輻射能量變化
4.12.5 平面界面反射的輻射能量變化
4.12.6 射線追蹤技術
4.12.7 衍射
4.13 虹和暈
習題
第5章 體光學特性
5.1 粒子尺度分布
5.1.1 解析描章
5.1.2 體微物理參數
5.1.3 參數化
5.2 體散射、吸收和消光
習題
第6章 輻射傳輸方程
6.1 光學厚度
6.2 朗伯-布格定律
6.2.1 微分形式和指數形式
6.2.2 在直射太陽輻照度中的套用
6.3 輻射傳輸方程的一般形式
6.3.1 光譜光子密度函式
6.3.2 散射介質中的輻射傳輸方程
6.3.3 光子收支方程
6.3.4 總輻亮度的動態和靜態三維輻射傳輸方程
6.3.5 漫射輻亮度的三維靜態輻射傳輸方程
6.4 水平均勻大氣的一維輻射傳輸方程
6.4.1 獨立變數
6.4.2 漫射輻亮度的一維輻射傳輸方程標準形式
6.4.3 下行漫射輻亮度
6.4.4 上行輻亮度
習題
第7章 輻射傳輸方程的數值和近似解法
7.1 勒讓德展開和傅立葉展開
7.1.1 相函式的勒讓德多項式展開
7.1.2 相函式截斷和相似性原理
7.1.3 大氣的角坐標系
7.1.4 Delta-M和Delta-Fit方法
7.1.5 漫射輻亮度和輻照度的傅立葉展開
7.2 漫射輻亮度的傅立葉係數方程
7.2.1 非吸收大氣中的淨輻射通量密度
7.3 逐次散射法
7.4 累加-倍加法
7.4.1 基本原理
7.4.2 輻亮度的一般形式
7.4.3 通量密度計算中的套用
7.5 離散縱標法
7.6 球諧函式法
7.7 蒙特卡羅方法
7.7.1 基本原理
7.7.2 後向(反向)蒙特卡羅方法
7.8 二流近似
7.8.1 經典表述
7.8.2 基於輻射傳輸方程的二流近似
習題
第8章 大氣分子的吸收與發射
8.1 光子與氣體分子的相互作用
8.1.1 分子能量形式
8.1.2 光子的吸收與發射
8.1.3 量子化的能量和頻率
8.1.4 熱平衡下的能級機率
8.2 能級躍遷的例子
8.2.1 氣體分子的結構
8.2.2 分子轉動能
8.2.3 分子振動能
8.3 單原子分子譜線
8.3.1 分子的電子軌道能
8.3.2 氫原子譜線
8.4 分子吸收和發射譜線
8.4.1 分子轉動光譜
8.4.2 分子的電子軌道能和轉動能比較
8.4.3 雙原子分子的振動光譜
8.4.4 分子振一轉光譜
8.5 大氣氣體光譜舉例
8.5.1 三種常見光譜
8.5.2 紅外譜區的組合振-轉躍遷
8.5.3 近紅外到可見光區光譜
8.5.4 可見光到紫外光區光譜——電子軌道躍遷
8.6 吸收和發射線型的近似
8.6.1 吸收譜線的洛倫茲線型——碰撞增寬
8.6.2 熱都卜勒線型
8.6.3 沃伊特線型——碰撞和都卜勒效應混合增寬
8.7 光譜透射率和吸收率
8.7.1 弱線近似和強線近似
8.7.2 逐線法
8.7.3 帶模式
8.7.4 非均勻大氣路徑的近似調整
8.7.5 南分布法
8.7.6 相關南分布法
8.7.7 相關七分布法在衛星遙感中的套用
習題
第9章 地球輻射的傳輸
9.1 下行光譜輻射
9.1.1 下行漫射輻亮度
9.1.2 下行漫射輻照度
9.2 上行光譜輻射
9.2.1 上行漫射輻亮度
9.2.2 上行漫射輻照度
9.3 模擬光譜示例
9.3.1 下行和上行輻亮度
9.3.2 捲雲對地球光譜輻照度的影響
9.4 寬頻地球輻射傳輸
9.4.1 捲雲對輻照度的影響
9.4.2 輻射致冷與輻射加熱
習題
附錄A 縮寫、符號和常數
A.1 縮寫詞
A.2 下標和上標
A.3 希臘字元
A.4 拉丁字元
A.5 物理常數
A.6 數學常數
參考文獻
索引
