223、大气散射.PPT

* 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.1、太阳辐射 1. 太阳和太阳常数： 太阳是太阳系的中心天体，在太阳系空间，布满了从太阳发射的电磁波的全波辐射及粒子流，地球上的能量主要来自太阳。 太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一个天文单位（日地平均距离，149,597,870*103m）的区域内，垂直于太阳辐射方向上单位面积和单位时间黑体所接收到的太阳辐射能量。 是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响 I=1.95 cal/cm2?min=1.360*103 W/m2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.1、太阳辐射 2. 太阳光谱： 太阳光谱是连续的，且辐射特性与绝对黑体辐射特性近似； 能量各波段所占比例不同，近紫外、可见光、近红外和中红外部分约占太阳总辐射的84.62%；X射线、?射线、远紫外、远红外及微波波段的总能量不到1%。 地表接受的太阳辐射曲线与大气外的曲线不同，差异主要由大气引起。 吸收：水、氧、臭氧、二氧化碳等；散射。 太阳辐照度分布曲线 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.1、太阳辐射 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.2、大气吸收 1、大气的垂直分层 对流层 平流层 电离层 外大气层 大气成分： 两类：分子和其他微粒： 分子: 氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子及其它（N2O, CH4, NH3等）约占1%； 颗粒：烟、尘埃、雾、小水滴和气溶胶。气溶胶是一种固体、液体的悬浮物，直径0.01-30?m 大气对太阳辐射的影响作用： 折射、反射、吸收、散射、透射 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.2、大气吸收 严重影响传感器对电磁辐射的探测，导致太阳辐射强度衰减； 吸收作用越强的波段，辐射强度衰减越大，甚至某些波段的电磁波完全不能通过大气。 在太阳辐射到达地面时，形成了电磁波的某些吸收带。 主要吸收带： 水： 0.94 ?m ， 1.13 ?m ，1.38 ?m ， 1.86 ?m ， 2.5-3.0 ?m ， 3.24 ?m ， 5-7 ?m ，7.13 ?m ，24 ?m以上（微波）； 二氧化碳：2.8 ?m ，4.3 ?m 臭氧：0.2-0.32 ?m ，0.6 ?m ，9.6 ?m 氧气：0.2 ?m ，0.6 ?m ，0.76 ?m 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.2、大气吸收 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.2、大气吸收 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.3、大气散射 散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。其实质是电磁波的衍射。 由于粒子的散射作用使电磁波在原传播方向上的辐射强度减弱，增加了向其它各方向的辐射 三种散射类型： 瑞利散射 米氏散射 无选择性散射 大气散射 散射类型与以下因素有关： ? 入射电磁波的波长； ? 气体分子、颗粒和水滴的大小 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.3、大气散射 1 瑞利散射（ Rayleigh scattering ） 由大气中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起，条件：粒子直径比波长小很多 特点：散射强度与波长的四次方成反比，即 I??-4 波长越长，散射越弱 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。 多波段中不使用蓝紫光的原因： 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.3、大气散射 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.3、大气散射 2、米氏散射(Mie scattering) 大气中的微粒如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起的散射，粒子直径与辐射的波长相当。这种散射的强度受气候影响大。 米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比， 即 I??-2 且散射光的向前方向比向后方向的散射强度更强，方向性较明显 云雾对红外线（0.76-15 ?m ）的散射主要氏米氏散射 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。 3、无选择性散射(Non-selective scattering) 发生在大气粒子的直径比波长大得多时。散射的特点时散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.3、大气散射 散射特征总结 散射强度遵循的规律与波长密切相关。在大气状况相同时，同时会出现各种类型的散射。 对于大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段。波长超过1μm 后，瑞利散射的影响大大减