7第四的章_红外辐射在大气中的传输 2.ppt

第四章 红外辐射在大气中的传输 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。 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。 2 大气的气象条件 所谓大气的气象条件，是指大气的各种特性，如大气的温度、强度、湿度、密度等，以及它们随时间、地点、高度的变化情况。 右图表示了海拔100km内大气温度随高度变化的情况。 本章目录 4.1 大气组成 4.2 大气对红外辐射的吸收衰减 4.3 大气对红外辐射的散射衰减 4.4 大气透射率的计算举例 4.1 大气组成 4.1.1 一些基本关系式 一、混合比与分子量 大气中各气体成分的含量，常用相对于干空气(不计水汽)的混合比来表示。 设干空气： 某气体成分 分子量： Mt 分子量：Mi 密度：ρt 密度： ρi 压强：P 分压强：pi 绝对温度：T 则有 称为该气体的质量混合比，简称混合比。 体积混合比qi*：与干空气处于相同温度和压力下的某种气体的体积Vi与干空气体积V 之比。由于大气可看成理想气体，所以有 干空气的分子量与各气体成分的分子量之间的关系： 下表为大气成分表。 二、厘米N.T.P. (或厘米S.T.P.) 海平面上单位截面积垂直气柱内各成分的总含量常表示为Wsi，单位是[克·厘米-2]，使用时常直接写成克。 Wsi的另一种表示形式是：表示成所谓“标准状态”下的厘米数，叫做厘米N.T.P.或厘米S.T.P.，它是将含量为Wsi的某气体成分化到标准状态(P0=1个大气压，T0=273.15K)在单位截面上所占有的高度Wsi*。设标准状态下该气体成分的密度为ρ0i ，显然 因为大气在很高的精度下可以认为是静力平衡的，设g为重力加速度(取为980.665厘米?秒-2)，而地面上气压的标准值为Ps=P0，则干空气的总含量的标准值为： Wst=P0/g=(1013.25毫巴×103)/980.665=1.033 × 103克?厘米-2 该值叫做一个大气质量。 利用该值可以方便地求出混合比随高度不变的气体成分的总含量标准，即 及 三、温度 大气温度的垂直分布，可大致由中纬度年平均值表示，叫做“标准大气”。 对流层(10km以下)中，每增加一公里，温度下降约6.5度。 由对流层顶到平流层，先是等温和逆温层(高度增加温度升高)，到臭氧层内，温度不断上长，到50km达到极大值0oC，再向上递减，至80~90km，达到最低值(约-93oC)，然后急增到230~730oC之间。在电离层以上，可认为是等温的。 四、压力和密度 压力和密度随高度的增加呈指数式下降，高度每增加16公里，压力和密度差不多下降到原来的10%。 2.1.2 红外吸收谱 组成大气的主要成分是N2、O2、Ar(氩),由于它们是对称分子，振动时不吸收15um以下的红外线。 引起强烈红外吸收的分子有，H2O, CO2, O3, CH4, N2O, CO等。其中吸收最强的是H2O(非干空气), CO2。 H2O：强吸收带2.7um, 6.3um；不太强的吸收带0.54, 0.72, 0.81, 0.85, 0.94, 1.1, 1.38, 1.87, 3.2um CO2：强吸收带4.3um, 15um; 不太强的吸收带0.78~1.24, 1.4, 1.6, 2.0, 2.7, 4.8, 5.2, 9.4, 10.4um O3: 强吸收带9.6um；不太强吸收带2.7, 3.28, 3.57, 4.75, 5.75, 9.1, 14um。 NO2：强吸收带4.5um, 7.8um。 CH4：强吸收带3.2um,