大气衰减
电磁波在大气中传播时发生的能量衰减现象
大气衰减是指电磁波在大气中传播时发生的能量衰减现象。各种波长的电磁波在大气中传播时,受大气中气体分子(水蒸汽、二氧化碳、臭氧等)、水汽凝结物(冰晶、雪、雾等)及悬浮微粒(尘埃、烟、盐粒、微生物等)的吸收和散射作用,形成了电磁波辐射能量被衰减的吸收带。
介绍
泛指电磁波和声波在大气中传播时因受大气分子、气溶胶粒子的吸收和散射而发生的能量衰减现象。
一般用φ=φ0e^(-σ*x)表示。式中φ小为电磁能辐射至χ处的辐射通量,φ0为χ=0处的辐射通量,χ为辐射能在大气中传播的距离,σ为衰减系数,由吸收系数α和散射系数ν组成。σ=α+ν,α与辐射能的波长、大气的温度、压力和密度有关,ν是波长和散射粒子半径的一个复杂函数,但当粒子的尺度大于波长时(称为无选择性散射),ν与波长无关。大气衰减的程度与电磁波波长有密切关系。能透过大气的电磁波辐射的连续波长区间称为大气窗口。故为减少电磁波传播的衰减,可根据大气窗口的情况选择适当波长的电磁波。如He-Ne激光器的波长为0.63微米,处于大气窗口之内,传输时衰减较小。
大气衰减的原因
大气衰减的原因主要是吸收、散射和反射。
散射作用
太阳辐射通过大气层时,受到大气中气体分子和大气中固体、微粒、液体的散射。电磁波在传播过程中,遇到小微粒而使传播方向改变,并向各个方向散开,称为散射。
瑞利散射:
米氏散射:质点直径和电磁波波长差不多时,主要是大其中的烟、云雾等水蒸气、气溶胶等中等颗粒引起的散射。 云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76-15 um之间的红外线波长差不多。所以, 云雾对红外线的散射主要是米氏散射。
非选择散射:当质点直径大于电磁波波长时(d >λ), 散射率与波长没有关系 。人看到的云和雾是白色的,就是云雾粒子直径比可见光波长大很多,所以云雾对可见光波段为非选择性散射。
吸收作用
大气吸收电磁辐射的主要物质是:水、二氧化碳和臭氧
(1)水:分为气态水和液态水。水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽,从可见光、红外直至微波,都有水汽的吸收带。 液态水的吸收更强,主要在长波范围。
(2)二氧化碳: 主要在红外区。1.35-2.85um 之间有3个弱吸收带,2.7,4.3, 14.5 um 为强吸收带。
(3)臭氧 : 对紫外线的吸收。
(4)其它吸收电磁波的物质 氧气主要吸收波长小于0.2um的, 尘埃吸收作用很少。
反射作用
主要是大气中的云层,大的尘埃。云量越多、云层越厚, 反射越强。
大气对太阳辐射的衰减总体规律为,大气吸收17%, 散射22%,反射30%,其余31% 太阳辐射到达地面。
参考资料
最新修订时间:2024-06-12 21:32
目录
概述
介绍
参考资料