第五章 红外辐射在大气中的传输.ppt

285 第五章  红外辐射在大气中的传输  大气的垂直分层 　　观测证明，大气在垂直方向上的物理性质是有显著差 异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到 大气的垂直运动等情况，可将大气分为四层 ：对流层、 平流层、中间层、热层。 （一）对流层（0~10km) 　　对流层是地球大气中最低的一层，其底界是地面。 云、雾、雨、雪等主要大气现象都出现在此层。因而， 对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是 各种大气研究的重点层次。 （二）平流层（10~25km) 随着高度的增高，气温保持不变或微有上升，因此平流层也称为同温层。气流比较平衡，多晴好天气，能见度高。 (三)中间层（25~80km) 　　 该层的特点是：气温随高度增高而上升（由于臭氧层对紫外线的吸收），而60~80km内随着高度增加温度又逐渐下降。 (四)暖层（80~8000km) 该层的特点：随着高度的增高，气温迅速升高空气就更稀薄；空气处于高度电离状态。从这一特征来说，暖层又可称为　　　　　　　　　　　　 电离层。 ——红外技术及应用 * 教学目的：本章着重让学生理解红外辐射在大气中传输时发生衰减的物理起因，了解红外辐射在大气中的传输特性以及学会使用软件来计算大气透射率。 学时分配：4 重点、难点：吸收衰减、散射衰减、大气透射率的计算。 红外辐射在大气中的传输问题一直受到人们的普遍重视。这是因为红外辐射自目标发出后，要在大气中传输相当长的距离，才能达到观测仪器，由此总要受到大气中各种因素的影响，给红外技术的应用造成限制性的困难。 红外辐射在大气中传输时，主要有以下几种因素使之衰减： （1）在0.2～0.32μm的紫外光谱范围内，光吸收与臭氧的分解作用有联系。 （2）在紫外和可见光谱区域中，由氮分子和氧分子所引起的瑞利（Rayleigh)散射是必须要考虑的。 （3）粒子散射或米（Mie)氏散射。 （4）大气中某些元素原子的共振吸收 。 （5）分子的带吸收是红外辐射衰减的重要原因。 § 5.1 地球大气的基本组成和气象条件 1 大气的基本组成 包围着地球的大气层，每单位体积中大约有78%的氮气和21%的氧气，另外还有不到1%的氩（Ar）、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、一氧化二氮(N2O)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、水汽(H2O)等成分。除氮气、氧气外的其他气体统称为微量气体。 除了上述气体成分外，大气中还含有悬浮的尘埃、液滴、冰晶等固体或液体微粒，这些微粒通称为气溶胶。 § 5.1 地球大气的基本组成和气象条件 干洁空气 1 概念： 大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。 2 成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、 　　　　　氖、氪、氙、臭氧等稀有气体 。 3 特点：(1)组成干洁空气的各种成分总是维持，(2)干洁空气的平均分子量是28.996，(3)在垂直高度90km以下干洁空气的主要成分所占比例不变 4 干洁空气中几种有影响的气体 （1）臭氧:含量少，20-25km最多；影响气温垂直分布，保护生物 （2）二氧化碳：集中于大气底部20公里，因时间和空间而不同(夏季较 　　　　　　　 少，冬季较多；城市较多，农村较少)强烈吸收长波辐 射,影响大气和地面温度；但含量过高影响会响人类健 　　　　　　　 康。 水汽 来源：江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发 . 分布：集中在大气底层，一般随高度的增高而减少 ;且因纬度、地势高　 　　　 低以及海陆的不同而有差异：低纬＞高纬、夏季＞冬季、湿润地 区＞干旱地区 作用：是大气唯一能发生相变的气体，产生天气现象； 　　　 对地面和空气温度产生影响； 　　　 在水平和垂直方向上进行物质与能量的交换。 大气中的固体杂质和液体微粒 1.固体杂质 　定义：悬浮于大气中的烟粒、尘埃、盐粒等。 来源：物质燃烧的烟粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，被风吹 起的土壤微粒及火山喷发的烟尘，流星燃烧所产生的细小微粒和 宇宙尘埃,还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等 。 含量分布：多集中在大气的底层，随时间、地区和天气 条件而变化（陆上多于海上,城市多于乡村， 冬季多于夏季 ） 作用:(1)吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热，对地面 和空气温度有一定影响； 　　 (2)使大气能见度变坏 ； (3)充当水汽凝结的核心，对云、雨的形成起重要 　　　　作用。 2.液体微粒