红外辐射在大气中的传输

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1、第六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。§6.1地球大气的基本组成一.气体的气体组成主要气体：78%的氮气21%的氧气微量气体：氩（Ar）、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、一氧化二氮(N2O)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、水蒸汽(H2O)等。这些气体并不总是中性的，在太阳辐射的作用下在90km以上还有离子和电子存在。大气气体对辐射有吸收

2、衰减和散射衰减的作用。二，气溶胶气溶胶：以液体或固体为分散相和气体为分散介质形成的溶胶称为气溶胶，亦称气体分散胶体。比如，雾是水滴分散在空气中的气溶胶，烟是固体粒于分散在空气中的气溶胶等。大气中含有悬浮的尘埃、液滴、冰晶等固体或液体微粒状气溶胶。大气中的气溶胶和环境污染有密切的关系。气溶胶会造成辐射的散射衰减。气溶胶的产生和消除气溶胶的消除：主要靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和沉降过程。一次气溶胶（以微粒形式直接从发生源进入大气）二次气溶胶（在大气中由一次污染物转化而生成）气溶胶按其来源可分为：§6.2大气的气象

3、条件一，大气温度对流层顶的平均高度10km，几乎集中了大气质量的80％以及全部水汽、云和降水，主要天气现象和过程如寒潮、台风、雷雨、闪电等都发生在这一层。1.对流层温度梯度:7K/km0到10公里高度温度从300K降至220K。对流层的主要特征：i)温度随高度升高而降低。地面能吸收太阳辐射的短波部分而升温并放出长波辐射，大气通过吸收地面的长波辐射和通过对流方式从地面吸收热量升温，因而越接近地面的大气得到的热量越多，造成对流层的气温随高度升高而降低。ii)有强烈的垂直混合。低层空气由于从地面得到热量使之受热上升，高层冷空气下

4、沉，从而造成对流层内存在强烈的垂直混合作用。iii)气象要素水平分布不均匀。由于各地纬度和地表性质的差异，地面上空空气在水平方向上具有不同物理属性，压、温、湿等要素水平分布不均匀，从而产生各种天气过程和天气变化。2.平流层平流层大气温度下部冷上部热，使大气有相对稳定的结构。对流很弱，空气大多作水平运动，平流层中水汽和尘埃很少，也没有对流层中的云和天气现象。等温层温度大约220K20到55公里高度温度从220K上升到270K左右。平流层下部温度随高度变化很小（等温层）。平流层上部因为存在臭氧层(22─35公里处)，臭氧吸收太

5、阳紫外辐射使大气温度增加。对流层顶10km向上到55公里左右为平流层。3.中间层中间层：55到80公里。大气温度随高度递减，水汽极少，有相当强的垂直混合（类似于对流层），60公里以上大气分子开始电离，电离层的底就在中层内。55到80公里高度温度从270K降至180K左右。4.热层这一层温度又随高度升高而增加，因为热层的分子氧和原子氧能吸收太阳紫外辐射。但由于分子稀少很难有对流运动，热传导率很小，造成巨大温度梯度和昼夜温差，白天太阳活动期温度高达2000k，夜间太阳宁静期仅500k。热层空气处于高度的电离状态。热层上部由于空

6、气稀薄，大气粒子很少互相碰撞，高速运动的空气分子可能克服地球引力，向星际空间逃逸，又称逸散层。二，大气压强根据理想气体物态方程：：大气的平均分子量：原子质量单位其中,如果把h(z)看成常数：但h(z)不是常数，是随高度变化的量，称为z处的标高。我们可以认为在一个不大的范围内，标高近似地可以看成常数，于是我们就可以利用刚才的压强公式：高度km标高km高度km标高km08.5407.8107.8508.1206.3607.6306.8706.5三.大气密度其中是标准状态下的大气密度。严格的大气状况应以实际测量值为准。根据理想气

7、体物态方程：（标准状态）§6.3大气中的主要吸收气体大气中的主要吸收气体有水蒸气、二氧化碳、和臭氧等。一，水蒸汽水蒸气在大气的低层中的含量较高，是对红外辐射传输影响较大的一种大气成分。水蒸气分子对红外辐射有强烈的选择吸收作用。⑴水蒸气压强pw:就是大气中水蒸气的分压强。⑵绝对湿度ρw:单位体积空气中所含有的水蒸气的质量，单位为g/m3。也就是水蒸气在空气中的密度。1.描述水蒸气含量的一些物理量：⑶饱和水蒸气压ps:水蒸气在某一温度下开始发生液化时的压强，称为水蒸气在该温度下的饱和水蒸气压，也就是饱和状态下水蒸气的分压强，它

8、只是温度的函数。⑷饱和水蒸气量ρs:即饱和水蒸气密度，只与温度有关。⑸相对湿度RH:空气试样中水蒸气的含量和同温度下该空气试样达到饱和状态时的水蒸气含量的比值，用百分数表示。⑹露点温度:露点温度是给定空气试样变成饱和状态时的温度。2，可凝结水量W在辐射传播方向上，和辐射束有相同截面、以辐射传播距离为长度