大气的吸收作用与大气窗.ppt

大气的吸收作用与大气窗 您现在收听的是： 大气对电磁波的吸收 根据电磁场与单分子的相互作用的理论，一个孤立分子总的内部能量ε由三类能态组成 ，ε=εe+ εv + εr (εe是电子能量, εv是振动能量, εr是转动能量。) 当从低（或高）能态到高（或低）能态跃迁时，吸收（或发射）光量子的事件同时发生。吸收（或发射）量子的频率f由玻尔公式决定: 大气中分子会吸收特定一些频率的电磁波。 分波段说明 大气空气分子与气溶胶主要对电磁波进行散射，对微波的吸收作用可以忽略不计。云和雨对微波吸收作用显著 尘埃和气溶胶的散射 空气分子和云雨的吸收 微波波段 可见光和红外波段 在大气的各种成分中氧气和水蒸气的波普呈现明显的吸收带，二氧化碳和臭氧也存在明显的吸收带，因为成分太少不做讨论。 氧气对电磁波的吸收 氧分子存在未配对电子，是顺磁性物质具有恒磁矩。在与电磁场相互作用时，分子的核磁矩在按磁场方向进行排列时，吸收并辐射微波波段的电磁波。电磁波能量满足能级跃迁条件是吸收电磁波。 在60GHz（对应波长0.5cm）、75 GHz和118.8GHz（对应波长0.25cm）附近会产生许多分离的谱线。人们称这些分离的谱线对应的频率带为气体吸收带, 在近红外和可见光波段，氧分子有中心在1.2683μm、1.0674μm、0.7620μm、0.6901μm以及0.6313μm的吸收带；在紫外光波段，氧分子还有许多强吸收带。 水蒸气对电磁波的吸收 水蒸汽（H2O）是具有一个电偶极子的极性分子。当水蒸汽与电磁场相互作用的时候，水分子的振动频率与电磁波频率相当是，分子吸收电磁波能量。 在22.235GHz（对应波长1.348cm）、183.3GHz以及远红外区（310GHz和325GHz）的若干频率上产生转动谱线。 当电磁波的能量满足分子间能级跃迁所需能量时，分子对电磁波进行吸收。 水蒸气的吸收带 22.235GHz 153GHz 183.3GHz 310GHz 325GHz 710nm~735nm 810nm~840nm 890nm~990nm 936nm为强吸收带 0.544~0.847μm 1.1μm 1.38μm 1.87μm 2.7μm 3.2μm 6.25μm 6.25μm为强吸收带 大于10μm 转动带 吸收带 微波 远红外 近红外 其他 其他气体对电磁波的吸收 不单氧气和水蒸气对大气中电磁波的传播具有吸收作用，臭氧（O3）在中心为0.2553μm的紫外光波段具有强吸收带，在0.45—0.74μm的可见光波段具有弱吸收带，在红外和微波波段也有一些吸收带。二氧化碳（CO2）在4.3μm和15μm具有强吸收带（振动和转动基本带），在10μm、5μm、2.7μm、2.0μm、1.6μm和1.4μm具有弱吸收带。 二氧化碳（CO2）、水蒸汽（H2O）、臭氧（O3）、一氧化二氮（N2O）、一氧化碳 （CO）、甲烷 （CH4）和 氧气（O2 ）。对电磁波吸收起大小不等的作用。由大气中各种成分对电磁波的吸收程度可知，大气对长波辐射的吸收远大于短波 谱线增宽 单个分子的吸收是由线条分明的谱线所组成，这些谱线对应于明确的能级跃迁。 实际上大量分子之间的碰撞和相互作用，包括不同物质分子之间的碰撞，能够引起能级宽度发生变化，造成谱线具有一定的宽度。谱线宽度的增加称为“谱线增宽”，由分子之间碰撞产生的“压致增宽”是大气吸收峰增宽的最主要原因。所以，真实的大气吸收谱是由许多起伏的、以共振吸收线为中心频率的、具有一定宽度的谱峰组成。真实的大气内水蒸汽对微波在所有频率都有吸收，并不限于上述分立的水汽吸收带。 水蒸汽的吸收系数是频率的函数。 大气透射率 指通过大气（或某气层）后的辐射强度与入射前辐射强度之比。 二氧化碳（CO2）和水蒸汽（H2O）浓度对红外波段的大气透射率影响最大，造成大气的温室效应。 按下列顺序递减：冬天亚北极区、冬天中纬度地区、夏天亚北极区、夏天中纬度地区、热带地区。一般地说，大气对于太阳入射辐射是比较透明的，对于地球发出的红外辐射不太透明。 大气窗 大气窗：大气窗指大气透射率比较大的波段，探测海面的传感器的波段必须设计在大气窗内。探测大气温度或湿度垂直分布的传感器应该至少有一个波段设计在大气窗外，即选择大气窗外氧气或水蒸汽的某个吸收带。 分类：按所属范围不同分为光学窗口、红外窗口和射电窗口。 不同波段遥感的大气窗 0.3～1.155μm，包括部分