ÇMB 541 Atmosferdeki Taneciklerin Kısa Dalga Boylu Işıma ile Etkileşimleri Saçılma ve Soğrulma

Plan Işığın soğrulması ve saçılması Söndürme Katsayısı Görüş Mesafesi

Amaçlar Saçılma ve soğrulma katsayılarını hesaplamayı öğrenme Görüş mesafesinin nicelendirilmesini öğrenme

Asılı Tanecikler ve Hava Kalitesi Ilinois, Toz fırtınası Şehir Merkezi, Los Angeles

f(llight, Tanecik çapı (Dp), ve taneciğin kırılma indeksi (Rp’) Güneş Güneş saçılma lo lo Soğrulma lo Sli Işık Saçılması: Gelen ışının aynı dalga boyunda (l) ama farklı şiddet ve yönlerde yeniden ışıması Işık soğrulması: Gelen ışığın tanecik tarafından tutulan bir kısmının ısı enerjisine dönüştürülmesi. f(llight, Tanecik çapı (Dp), ve taneciğin kırılma indeksi (Rp’)

Saçılma ve soğrulmanın bileşik etkisiyle olan Işık tutulmasına söndürme denir. Saçılma + Soğrulma Çıkan Işık Şiddeti Gelen Işık Şiddeti Io I (W/m2) (W/m2)

Beer- Lambert Kanunu I: Işık şiddeti (W/m2) dx=: Yer değiştirme [L] I(x=x0)=I0 dI I(x=x) = I dx x=x0 x=x L I: Işık şiddeti (W/m2) dx=: Yer değiştirme [L] sext: Söndürme katsayısı (L-1]= Işık şiddetindeki birim yol başına olan kaybın oranı

ln(a) = b a = eb = exp(a)

Tükenme Katsayısının Yorumlanması Tazmanya’da Cape Grim’de tükenme katsayısı 7x10-6 m-1. “Her 1 metre hava boyunca ışık şiddetinde 0.0007% azalma olur.” Nisan 2001’de Çin’in doğu kıyısında tükenme katsayısı 3x10-4’dü. ”Her 1 metre hava boyunca ışık şiddetinde 0.03% azalma olur.”

sext ve yol uzunluğunun çarpımına (sext*L) ise optik derinlik denir. sext gazlar ve tanecikler tarafından soğurulan ve saçılan ışık miktarıyla orantılıdır ve aşağıdaki eşitlikle tanımlanır.

Tanecik maddeden kaynaklanan ışık saçılma katsayısı Gazlardan kaynaklanan ışık saçılma katsayısı (tüm gazlar) Tanecik maddeden kaynaklanan ışık soğrulma katsayısı (İs, organikler) Gazlardan kaynaklanan ışık soğrulma katsayısı (NO2)

Taneciklerce Saçılma Katsayısı (ssp) Çap ve L Büyüklüğü Kategori Çap* Dp << l Rayleigh Dp <0.3mm Dp ≈ l Mie Dp >> l Klasik optik Dp > 10 mm *görülebilir ışık dalga boyu için

Taneciklerce Saçılma ve Soğrulma Taneciklerin ışıma ile olan etkileşimi taneciğin boyutuna, şekline ve kırılma indeksini belirleyecek olan kimyasal içeriğine bağlıdır. Kırılma indeksi: Vakumdaki ışık hızının maddenin içindeki ışık hızına oranı olarak tanımlanır. Kompleks sayının zahiri kısmı 0 olmayanlar soğurma yapabilir.

l=0.53mm’deki Kırılma İndeksleri Tür Kırılma İndeksi Yoğunluk(g/cm3) Vakum 1.0 Su buharı 1.00025 2.3x10-5 Su 1.33 Amonyum Sülfat 1.53 1.76 Sodyum Klorür 1.544 2.165 İs 1.96-0.60i 2.0 Buz 1.309 0.98 (-30 0C) Cam 1.50 2.2

Tanecik Maddeden Kaynaklanan Işık Soğrulması ve Saçılması, sp Kentsel alanlarda, ışımanın tutulması daha çok taneciklerce ışığın soğrulması ve saçılmasıyla gerçekleşir. Atmosferdeki taneciklerden kaynaklanan tükenme katsayısı (sp) gelen görülebilir ışık boyları ve yaklaşık o çaptaki partiküller söz konusu olduğundan Mie teorisiyle tanımlanır. Taneciğin kesit alanı Birim gaz hacmi

Taneciklerce Söndürme, sp Tanecik madde için ışık tutma katsayısı, ışık soğrulması veya saçılması olarak gösterilebilir. Tek bir tanecik madde için ışık saçma verimi (Ksp)veya soğurma (Kap) verimi faktörü (-) = f(x,m) x:boyut parametresi = πDp/l dDp boyut aralığında taneciklerin sayısal konsantrasyonu. dN(dp)

sap ve ssp K = Kap + Ksp Ksp ve Kap =tanecik için ışık saçılma verimi faktörü n(dp)= sayı boyut dağılım fonksiyonu [tanecik sayısı/L/L3] ddp = birim tanecik boyut aralığı [L]

Eap ve Esp sext tanecik sayı dağılımı yerine bazen tanecik kütle dağılımı ile ifade etmek daha yararlı olabilir. Kütlesel Soğrulma ve saçılma Verimleri (Esp ve Eap) Birim: m2/g

Ksp ve Kap K’nın büyüklüğü optik boyut parametresine (c) ve kırılma indeksine bağlıdır. (Rp’)

Saçılma Verimi , Ksp K değerleri grafiksel veya analitik olarak belirlenebilir. K nın çap, kırılma indeksi ve dalga boyuna bağlı olarak nasıl değiştiği aşağıdaki grafikte görülebilir.

Gazlar Tarafından Saçılma, ssp Gaz için ışık saçılma katsayısı ve dalga boyuna bağlı oluşu aşağıdaki şekilde tanımlanabilir: 3.077 x 10-24 m3 (0C,1atm) Kırılma indeksi (hava için 1.000294) Hava için anizotropi sabiti = 0.035 Saçılan ışığın dalga boyu (m)

Gazlar Tarafından Soğrulma sag Görülebilir ışığın atmosferdeki soğrulması ağırlıklı olarak NO2 ile olur. Ancak toplam görüntü bozukluğuna katkısı genellikle oldukça küçüktür. NO2 için Işık soğurma katsayısı (sag-NO2) aşağıdaki şekilde hesaplanır. NO2 için verilen ışık soğurma verimi. 2.92x10-4 m-1ppmv-1 NO2’nin konsantrasyonu (ppmv)

Sıcaklık ve Basınca Göre Değişim T Kelvin birimiyle sıcaklık

Tanecik ve Gazlar Görüş Netliğini Nasıl Etkilerler? soğrulan

Tüketme Katsayısı ve Görülebilirlik Görüş netliği görüş mesafesi ile nicelendirilebilir. Görüş Mesafesi: Büyük siyah bir cismin gözden kaybolduğu mesafe Ortalama bir insan beyaz bir arka plana karşı 0.02’lik ve daha büyük netlik oranını algılayabilir. Lv = Görüş mesafesi [L] sext = Tükenme katsayısı [L-1]

Tutulma Katsayısı ve Kimyasal İçerik Işık tutulmasının hangi türlerden ne derecede olduğuna dair grafik.

İlgili Web Sayfaları Light Scattering http://www.lightscattering.de/MieCalc/eindex.html Visual Range http://vista.cira.colostate.edu/improve/