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大気の窓は、地球の大気を通過できる電磁スペクトルの領域です。光学窓、赤外線窓、電波窓の3つが主な大気の窓です。[2]大気の窓は、地球の表面が太陽からの電磁エネルギーを受け取り、表面からの熱放射を宇宙に放出するための直接的な経路を提供します。 [3]大気の窓は、天文学、リモートセンシング、通信、その他の科学技術 の用途に役立ちます。
温室効果の研究では、 「大気の窓」という用語は、地表近くで放射される熱放射の一部が主に逃げる経路である赤外線の窓に限定される場合がある。 [4] [5]電波天文学[6]やリモートセンシング[7] などの他の科学技術分野では、この用語は上位語として使用され、本論文のように電磁スペクトル全体をカバーする。
地球のエネルギー予算における役割
大気の窓、特に可視光線と赤外線は、地球のエネルギーバランスにおけるエネルギーの流れと温度の分布に影響を与えます。大気の窓自体は、雲、水蒸気、微量温室効果ガス、その他の大気の成分に依存しています。[8]
大気圏上層部における平均 340ワット/平方メートル (W/m 2 ) の太陽放射のうち 、約 200 W/m 2 が窓から地表に到達し、そのほとんどは可視光線と赤外線です。また、反射された短波放射(105 W/m 2 ) と放射される長波放射(235 W/m 2 ) を合わせた約 340 W/m 2のうち、雲量に応じて80～100 W/m 2が赤外線窓から宇宙空間に放出されます。この透過量のうち約 40 W/m 2は地表から放射され、残りの大部分は大気圏下層部から放射されます。補完的に、赤外線窓は、より低温の上層大気から放射される下向きの熱放射の一部も地表に透過します。[3]
「窓」の概念は、大気放射輸送のいくつかの重要な特徴について定性的な洞察を提供するのに役立ちます。大気媒体の吸収、放出、散乱係数の完全な特性評価は、厳密な定量分析を実行するために必要です（通常は大気放射伝達コードで行われます）。ビール・ランベルトの法則を適用すると、大気が光学的に薄い波長に対して十分な定量的推定値が得られる場合があります。窓の特性は、主に吸収プロファイル内にエンコードされています。[9]
その他のアプリケーション
天文学では
1940年代まで、天文学者は光学望遠鏡を使って、光学窓を通して地球に届く遠方の天体を観測していました。その後、電波望遠鏡の発達により、電波窓を通して行われた観測の分析に基づく、より成功した電波天文学の分野が生まれました。[10]
通信分野では
通信衛星は信号の送受信に大気圏の窓に大きく依存しており、衛星と地上間のリンクは大気圏の窓のスペクトル帯域内の周波数で確立される。[11] [12] 短波ラジオは逆のことを行っており、電波の窓から逃げる周波数ではなく、空中波を生成する周波数を使用する。 [13]
リモートセンシング
アクティブ（衛星や航空機から発信される信号、その反射をセンサーが検出）とパッシブ（太陽光の反射をセンサーが検出）の両方のリモートセンシング技術は、大気の窓に含まれる波長範囲で機能します。[14]
参照
参考文献
- ^ 「大気の窓」アメリカ海洋大気庁。 2022年10月28日閲覧。
- ^ 「電磁スペクトル入門 | 科学ミッション局」。science.nasa.gov 。 2021年12月28日閲覧。
- ^ ab Kiehl, JT; Trenberth, Kevin E. (1997年2月1日). 「地球の年間全球平均エネルギー予算」.アメリカ気象学会紀要. 78 (2): 197–208. Bibcode :1997BAMS...78..197K. doi : 10.1175/1520-0477(1997)078<0197:eagmeb>2.0.co;2 .
- ^ コットン、ウィリアム・R.、ピルケ、ロジャー・A. (2007)。人間が気象と気候に与える影響。ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。p. 180。ISBN 978-0-521-84086-6. OCLC 466742997.
- ^ ローリ、ロバート V; ベガ、アンソニー J (2012)。気候学。マサチューセッツ州サドベリー:ジョーンズ&バートレットラーニング。p. 287。ISBN 978-0-7637-9101-8. OCLC 569552317.
- ^ バーク、バーナード F. (2019)。電波天文学入門。ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。p. 5。ISBN 978-1-107-18941-6. OCLC 1199628889.
- ^ ジョセフ・ジョージ（2005年）。リモートセンシングの基礎。ハイデラバード：大学出版局、インド。p.43。ISBN 978-81-7371-535-8. OCLC 474734434。
- ^ 米国商務省、NOAA。「地球大気エネルギーバランス」www.weather.gov 。 2021年12月29日閲覧。
- ^ 「リモートセンシング：吸収帯と大気の窓」NASA地球観測所。1999年9月17日。 2022年10月28日閲覧。
- ^ ウィルソン、トーマス (2016). 電波天文学のツール. Springer-Verlag GmbH . pp. 1–2. ISBN 978-3-662-51732-1. OCLC 954868912.
- ^ Banerjee, P. (2017). 衛星通信.ニューデリー: Prentice-Hall of India . p. 181. ISBN 978-81-203-5299-5. OCLC 1223331096.
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- ^ Nyre, Lars (2009-06-02). サウンドメディア: ライブジャーナリズムから音楽レコーディングまで。Routledge。p. 147。ISBN 978-1-135-25377-6。
- ^ Dwivedi, Ravi Shankar (2017). 土壌のリモートセンシング. Srpinger-Verlag GmbH . p. 13. ISBN 978-3-662-53738-1. OCLC 959595730.