[物理]第六章 红外辐射在大气中的传输.ppt

第六章 红外辐射在大气中的传输 §6.1 地球大气的基本组成 二，气溶胶 气溶胶的产生和消除 §6.2 大气的气象条件 对流层的主要特征： 2.平流层 3.中间层 二，大气压强 三.大气密度 §6.3 大气中的主要吸收气体 2，可凝结水量W 3，水蒸气的分布 二. 二氧化碳 三.臭氧 §6.4 大气中的主要散射粒子 一.气溶胶尺度谱 二.气溶胶浓度和高度的关系 §6.5 大气的吸收衰减 二.分子光谱 1，分子的能级结构 2，分子光谱的形成 三.大气的选择性吸收 2，大气窗口 3，吸收带的精细结构 四.光谱线的展宽和线型 ⑵ 自然展宽的线型 2，光谱线的其它展宽 五.分子的单线吸收（逐线计算） 六. 表格法计算大气吸收 【例】海平面水平路程长16.25 km，气温21℃，相对湿度RH=53%，求1.4～1.8微米光谱区间，只考虑水蒸汽的吸收时的平均透过率。 2，海平面上水平路程CO2的光谱透过率 【例】海平面水平路程长16.25 km，气温21℃，相对湿度RH=53%，求1.4～1.8微米光谱区间，只考虑CO2的吸收时的平均透过率。 【例】海平面水平路程长16.25 km，气温21℃，相对湿度RH=53%，求1.4～1.8微米光谱区间，只考虑大气吸收时的平均透过率。 3. 高度修正：等效海平面路程 §6.6 大气的散射衰减 一.散射系数和散射面积比 二.瑞利散射和米氏散射 三. 散射系数的经验公式 四.气象视程与视距方程式 五. 散射衰减的工程计算 【例】 在距离 x=5.5 km，波长 0.55 μm 处测得的透射比τS(λ0，x）为 30 %，求气象视程 V。 利用 λ0 处的视程求任意波长处的光谱散射系数 μS(λ) 【例】海平面水平路程长 16.25 km，气温 21℃，相对湿度 RH = 53 %，气象视程 V为 60 km ，求1.4～1.8 微米光谱区间，只考虑大气散射时的平均透过率（取λ0 ＝0.55微米）。 【例】海平面水平路程长 16.25 km，气温 21℃，相对湿度 RH=53 %，气象视程 V为 60 km ，求1.4～1.8微米光谱区间的平均大气透过率（取λ0 ＝0.55微米）。 §6.7 大气透射率的计算 四，光谱带透过率计算 一般情况下，可以把散射系数归结为下列经验公式： 其中A，A1，q都是待定的常数。 对于红外区域，可以忽略瑞利散射： q：作为经验常数和大气的能见度有关。 瑞利散射 米氏散射 散射系数的理论计算和实验测量都是非常复杂的。 气象学中利用气象视距来处理散射问题。 目标与背景的亮度对比度，随着距离的增加而减少到零距离时的 2 % 的距离，称为气象视程，简称为视程或视距。 目标辐射出射度 背景辐射出射度 目标的辐射对比度： 1.气象视程的定义 我们还可以在可见光区某一指定波长 来测量目标的亮度对比度： （注意这是光谱对比 度，以后不加注明。） 当目标距观察点的距离为 x 时，观察者所看到的目标与背景的对比度为： 当目标距观察点的距离为 0 时，观察者所看到的目标与背景的对比度为： 我们也可以以背景亮度为标准定义目标的亮度对比度： Lt为目标亮度；Lb为背景亮度 即： 随着距离的增加，对比度会下降。当 x=V 处的亮度对比度 CV 与 x=0 处的亮度对比度 C0 的比值恰好等于2%时，这时的距离 V 定义为气象视距。 所以： 在实际测量中，总是让特征目标的亮度远远大于背景的亮度，即： 而背景的亮度是不变的： 2. 视程方程式 在实际测量中，测量的是指定波长λ0的亮度变化， λ0通常选择可见光区的 0.61 微米 或 0.55 微米，在这个区域大气的吸收很小，大气透射率的影响主要是由散射造成的。 在波长λ0处，散射系数和气象视程的关系为： 视程方程式 那么通过气象视距 V 后，在λ0 处的透射率为： 在已知的x距离上，在波长λ0处，测得大气的透射率为τS(λ0，x）。（这主要是散射造成的） 1. 测量λ0处视程 方法：首先测量λ0处透射率，根据视程方程求得λ0 处视程，然后再根据视程求得任意波长处的透 射率。 视程方程： 结论：只要测得已知距离x及透射率τS(λ0，x），就 可以求得视距。 假设在整个视程内大气是均匀的，那么在整个视程内的 μS (λ0) 都是一样的，因此，可以将此式中的μS(λ0) 代入视程方程中即可得到视距。 即在 0.55 μm 处的气象视距为 17.9 km。 第二项表示瑞利散射，对于红外波段，瑞利散射 可以忽略： 经验