第五章 红外辐射在大气中的传输讲解ppt课件.ppt

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1、第五章红外辐射在大气中的传输1教学目的：本章着重让学生理解红外辐射在大气中传输时发生衰减的物理起因，了解红外辐射在大气中的传输特性以及学会使用软件来计算大气透射率。学时分配：4重点、难点：吸收衰减、散射衰减、大气透射率的计算。2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。3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

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。4§5.1地球大气的基本组成和气象条件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

3、滴、冰晶等固体或液体微粒，这些微粒通称为气溶胶。5§5.1地球大气的基本组成和气象条件干洁空气1概念：大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。2成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体。3特点：(1)组成干洁空气的各种成分总是维持，(2)干洁空气的平均分子量是28.996，(3)在垂直高度90km以下干洁空气的主要成分所占比例不变4干洁空气中几种有影响的气体（1）臭氧:含量少，20-25km最多；影响气温垂直分布，保护生物（2）二氧化碳：集中于大气底部20公里，因时间和空间而不同(夏季较少，冬季较多；城

4、市较多，农村较少)强烈吸收长波辐射,影响大气和地面温度；但含量过高影响会响人类健康。6水汽来源：江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发.分布：集中在大气底层，一般随高度的增高而减少;且因纬度、地势高低以及海陆的不同而有差异：低纬＞高纬、夏季＞冬季、湿润地区＞干旱地区作用：是大气唯一能发生相变的气体，产生天气现象；对地面和空气温度产生影响；在水平和垂直方向上进行物质与能量的交换。大气中的固体杂质和液体微粒1.固体杂质定义：悬浮于大气中的烟粒、尘埃、盐粒等。来源：物质燃烧的烟粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，被风吹起的土壤微粒及火山喷发的烟尘，流星燃烧

5、所产生的细小微粒和宇宙尘埃,还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等。7含量分布：多集中在大气的底层，随时间、地区和天气条件而变化（陆上多于海上,城市多于乡村，冬季多于夏季）作用:(1)吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热，对地面和空气温度有一定影响；(2)使大气能见度变坏；(3)充当水汽凝结的核心，对云、雨的形成起重要作用。2.液体微粒定义：悬浮大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。作用：它们常聚集在一起，以云、雾等形式出现，使能见度变坏，还能减弱太阳辐射和地面辐射。8大气污染定义：由于工业、交通运输业的发展，在废气不加以回收利用的情况下，空气中增加了许多

6、新的成分，这就是所说的大气污染。大气污染物:如下表分类成分粉尘微粒碳粒、飞灰.碳酸钙、氧化锌、二氧化铅硫化物二氧化硫、三氧化硫、硫酸、硫化氢、硫醇等氮化物一氧化氮、二氧化氮、氨等氧化物臭氧、过氧化物、一氧化碳等卤化物氯、氟化氢、氯化氢等有机化合物碳化氢、甲醛、有机酸、焦油、有机卤化物、酮等9大气的高度严格地说，不存在大气圈的上界。大气圈的垂直范围通常有两种划法：（一）着眼于大气中出现的某些物理现象。大气中极光是出现高度最高的物理现象，因此，可以把大气的上界定为1200公里。（二）着眼于大气密度，用接近于星际的气体密度的高度来估计大气的上界。按照人造卫星

7、探测资料推算，这个上界大约在2000—3000公里高度上。102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、压强、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。11大气的垂直分层观测证明，大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到大气的垂直运动等情况，可将大气分为四层：对流层、平流层、中间层、热层。（一）对流层（0~10km)对流层是地球大气中最低的一层，其底界是地面。云、雾、雨、雪等主要大气现象都出现在此层。因而，对流层是对人类

8、生产、生活影响最大的一个层次，也是各种大气研究的重点层次。12（二）平流层（10~25km)随