大氣的吸收作用與大氣窗匯總

1、大氣的吸收作用與大氣窗,您現(xiàn)在收聽的是：,大氣對電磁波的吸收,根據(jù)電磁場與單分子的相互作用的理論，一個(gè)孤立,分子總的內(nèi)部能量,由三類能態(tài)組成,，,=,e+,v +,r,(,e,是電子能量,v,是振動(dòng)能量,r,是轉(zhuǎn)動(dòng)能量。,),當(dāng)從低（或高）能態(tài)到高（或低）能態(tài)躍遷時(shí)，吸,收（或發(fā)射）光量子的事件同時(shí)發(fā)生。吸收（或發(fā)射）,量子的頻率,f,由玻爾公式?jīng)Q定,:,大氣中分子會(huì)吸收特定一些頻率的電磁波。,分波段說明,大氣空氣分子與氣溶,膠主要對電磁波進(jìn)行,散射，對微波的吸收,作用可以忽略不計(jì)。,云和雨對微波吸收作,用顯著,塵埃和氣溶膠的散射,空氣分子和云雨的吸收,微波波段,可見光和紅外波段,在大氣的各種

2、成分中氧氣和水蒸氣的波普呈現(xiàn)明,顯的吸收帶，二氧化碳和臭氧也存在明顯的吸收帶，,因?yàn)槌煞痔俨蛔鲇懻摗?氧氣對電磁波的吸收,氧分子存在未配對電子，是順磁性物質(zhì)具有恒磁矩。,在與電磁場相互作用時(shí)，分子的核磁矩在按磁場方向,進(jìn)行排列時(shí)，吸收并輻射微波波段的電磁波。電磁波,能量滿足能級躍遷條件是吸收電磁波。,在,60GHz,（對應(yīng)波長,0.5cm,）、,75 GHz,和,118.8GHz,（對,應(yīng)波長,0.25cm,）附近會(huì)產(chǎn)生許多分離的譜線。人們稱,這些分離的譜線對應(yīng)的頻率帶為氣體吸收帶,在近紅外和可見光波段，氧分子有中心在,1.2683m,、,1.0674m,、,0.7620m,、,0.6901

3、m,以及,0.6313m,的吸,收帶；在紫外光波段，氧分子還有許多強(qiáng)吸收帶。,水蒸氣對電磁波的吸收,水蒸汽（,H,2,O,）是具有一個(gè)電偶極子的極性分子。當(dāng),水蒸汽與電磁場相互作用的時(shí)候，水分子的振動(dòng)頻率,與電磁波頻率相當(dāng)是，分子吸收電磁波能量。,在,22.235GHz,（對應(yīng)波長,1.348cm,）、,183.3GHz,以及遠(yuǎn),紅外區(qū)（,310GHz,和,325GHz,）的若干頻率上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),譜線。,當(dāng)電磁波的能量滿足分子間能級躍遷所需能量時(shí)，分,子對電磁波進(jìn)行吸收。,水蒸氣的吸收帶,22.235GHz,153GHz,183.3GHz,310GHz,325GHz,710nm735nm,810

4、nm840nm,890nm990nm,936nm,為強(qiáng)吸收帶,0.5440.847m,1.1m 1.38m 1.87m,2.7m 3.2m 6.25m,6.25m為強(qiáng)吸收帶,大于10m,轉(zhuǎn)動(dòng)帶,吸,收,帶,微,波,遠(yuǎn),紅,外,近,紅,外,其,他,其他氣體對電磁波的吸收,不單氧氣和水蒸氣對大氣中電磁波的傳播具有吸收作,用，臭氧（,O,3,）在中心為,0.2553m,的紫外光波段具,有強(qiáng)吸收帶，在,0.45,0.74m,的可見光波段具有弱吸,收帶，在紅外和微波波段也有一些吸收帶。二氧化碳,（,CO,2,）在,4.3m,和,15m,具有強(qiáng)吸收帶（振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),基本帶），在,10m,、,5m,、,2.7

5、m,、,2.0m,、,1.6m,和,1.4m,具有弱吸收帶。,二氧化碳（,CO,2,）、水蒸汽（,H,2,O,）、臭氧（,O,3,）、一,氧化二氮（,N,2,O,）、一氧化碳,（,CO,）、甲烷,（,CH,4,）,和,氧氣（,O,2,）。對電磁波吸收起大小不等的作用。,由大氣中各種成分對電磁波的吸收程度可知，大氣對,長波輻射的吸收遠(yuǎn)大于短波,譜線增寬,單個(gè)分子的吸收是由線條分明的譜線所組成，這,些譜線對應(yīng)于明確的能級躍遷。,實(shí)際上大量分子之間的碰撞和相互作用，包括不,同物質(zhì)分子之間的碰撞，能夠引起能級寬度發(fā)生變化，,造成譜線具有一定的寬度。譜線寬度的增加稱為“譜,線增寬”，由分子之間碰撞產(chǎn)生的

6、“壓致增寬”是大,氣吸收峰增寬的最主要原因。所以，真實(shí)的大氣吸收,譜是由許多起伏的、以共振吸收線為中心頻率的、具,有一定寬度的譜峰組成。真實(shí)的大氣內(nèi)水蒸汽對微波,在所有頻率都有吸收，并不限于上述分立的水汽吸收,帶。,水蒸汽的吸收系數(shù)是頻率的函數(shù)。,大氣透射率,指通過大氣（或某氣層）后的輻射強(qiáng)度與入射前輻射,強(qiáng)度之比。,二氧化碳（,CO,2,）和水蒸汽（,H,2,O,）濃度對紅外波段的,大氣透射率影響最大，造成大氣的溫室效應(yīng)。,按下列順序遞減：冬天亞北極區(qū)、冬天中緯度地區(qū)、,夏天亞北極區(qū)、夏天中緯度地區(qū)、熱帶地區(qū)。一般地,說，大氣對于太陽入射輻射是比較透明的，對于地球,發(fā)出的紅外輻射不太透明。,

7、大氣窗,大氣窗：,大氣窗指大氣透射率比較大的波段，探測海,面的傳感器的波段必須設(shè)計(jì)在大氣窗內(nèi)。探測大氣溫,度或濕度垂直分布的傳感器應(yīng)該至少有一個(gè)波段設(shè)計(jì),在大氣窗外，即選擇大氣窗外氧氣或水蒸汽的某個(gè)吸,收帶。,分類：,按所屬范圍不同分為光學(xué)窗口、紅外窗口和,射電窗口。,不同波段遙感的大氣窗,?,0.3,1.155m,，包括部分紫外光、全部可見光和部分,近紅外，即紫外、可見光、近紅外波段。這一波段是,攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星遙感器掃描成像,的常用波段。比如，,Landsat,衛(wèi)星的,TM,的,1,4,波段；,SPOT,衛(wèi)星的,HRV,波段等。其中：,0.3,0.4m,，透過率,約為,70

8、%,；,0.40.7m,，透過率大于,95%,；,0.71.1m,，透過率約為,80%,。,?,1.41.9m,，近紅外窗口，透過率為,60%95%,，其中,1.551.75m,透過率較高。該波段在白天日照條件好,的時(shí)候掃描成像常用這些波段。比如，,TM,的,5,、,7b,波,段等用以探測植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖,等。,?,2.02.5m,，近紅外窗口，透過率約,80%,。,不同波段遙感的大氣窗,?,3.55.0m,，中紅外窗口，透過率為,60%70%,。該波,段物體的熱輻射較強(qiáng)。這一區(qū)間除了地面物體反射太,陽輻射外，地面物體自身也有長波輻射。比如，,NOVV,衛(wèi)星的,AVHRR,遙感器用,3.553.93m,探測海面溫,度，獲得晝夜云圖。,?,8.014.0m,，熱紅外窗口，透過率約,80%,。主要來自,物體熱輻射的能量，適于夜間成像，測量探測目標(biāo)的,地物溫度。,?,1.01.8m,，微波窗口，透過率約,3