Welche Arten von Wechselwirkungen treten auf? Wie wirken sie sich aus? - Transmission
3. Transmission
Die Transmission ist physikalisch betrachtet die Größe für die Durchlässigkeit eines Mediums für Wellen. Elektromagnetische Wellen werden beim Auftreffen auf ein Medium entweder reflektiert (bzw. gestreut), absorbiert oder sie durchdringen es. Folgende Leistungsbilanz gilt:
1 = α + ρ + τ
mit:
α ... Absorptionsgrad
ρ ... Reflexionsgrad
τ ... Transmissionsgrad
Der Transmissionsgrad ist unabhängig von der Wellenlänge der Strahlung. Er wird im Bezug auf die Atmosphäre bestimmt durch die optische Dichte oder Extinktion E und den Zenitwinkel θ (mit: μ = cosθ).
Transmissionsgrad zwischen der Höhe z (von der Erdoberfläche aus gemessen) und der Atmosphärengrenze:
τ(z) = exp [-E/ μ]
Für die optische Dichte bzw. Extinktion gilt der Zusammenhang:
E = lg [1/τ]
Die Dichte der Atmosphäre in der Höhe z berechnet sich zu:
ρ(z) = ρ0exp[-z/H]
mit:
ρ0 ... atmosphärische Dichte auf Meereshöhe
und die Skalenhöhe H
mit: H
= RT/Mg ... Skalenhöhe
(ca. 8 km,
mit: R ... universelle Gaskonstante,
T ... absolute Temperatur,
M ... Molare Masse,
g ... Schwerebeschleunigung).
Für einen einzelnen Bestandteil der Atmosphäre, der gleichmäßig verteilt ist, wie z.B. Kohlendioxid, gilt die Dichtebeziehung:
ρ(z) = wρ0exp[-z/H]
mit: w ... Mischverhältnis (Masse des Gases / Luftmasse).
Die absolute optische Dichte der Atmosphäre wird ausgedrückt durch:
ρ(z) = ka w ρ0 exp[-z/H]
mit: ka ... wellenlängenabhängiger Massenabsorptionskoeffizient.
Den Zusammenhang zwischen dem Transmissionsgrad (hier: t), der Höhe z, der Extinktion (hier: τ) und der Dichte ρ kann man graphisch folgendermaßen darstellen:
Graphik 1: Zusammenhang zwischen Transmissionsgrad, Höhe, Extinktion und Dichte [Quelle: Petty, 2006]
Mit zunehmender Höhe nimmt die Extinktion oder optische Dichte exponentiell ab.
Mit zunehmender Höhe nimmt der Transmissionsgrad der Atmosphäre zu. An der Grenze zum Weltall beträgt er 1, d.h. er wird maximal.
Mit zunehmender Höhe geht das Verhältnis von atmosphärischer Dichte zur Dichte auf Meereshöhe gegen 0.
Mit abnehmender Höhe wird Strahlung (z.B. Sonnenlicht), die in die Atmosphäre eindringt, immer stärker absorbiert bis zu einem Maximalwert. Anschließend sinkt die Absorptionsrate bis zur Erdoberfläche wieder auf 0. Dargestellt wird der Zusammenhang durch das Verhältnis dt/dz. Die lokale Absorptionsrate ist gleich der lokalen Veränderung der Transmissionsrate von der Höhe z bis zur oberen Atmosphärengrenze.
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