可見(jiàn)光近紅外波段輻射傳輸方程

大氣效應(yīng)及建模第1頁(yè)大氣組成

第2頁(yè)大氣組成大氣垂直結(jié)構(gòu)Troposphere(對(duì)流層)Stratosphere(平流層)Mesosphere(中間層)

Thermosphere(熱層)大氣廓線？第3頁(yè)大氣組成對(duì)流層鄰近地表一層。厚度最薄，大氣質(zhì)量80%，水汽90%。低緯：16~18km;中緯：10~12km;高緯：7~9km.特點(diǎn)：溫度隨高度增加不停下降，平均6.5oC/km，天氣改變都發(fā)生在該層。垂直方向空氣運(yùn)動(dòng)激烈。自地面至2m高范圍為貼地層,晝夜溫度改變10oC。從地面到1~2km為行星邊界層，富含氣溶膠粒子，氣溶膠密度隨高度指數(shù)衰減。在行星邊界層以上，主要為分子散射。第4頁(yè)大氣組成平流層從對(duì)流層頂?shù)?0~55km。約20%大氣質(zhì)量，水汽少，臭氧(10~40km)豐富，吸收太陽(yáng)紫外輻射，氣體密度低，分子動(dòng)能大。特點(diǎn)：20~32km,同溫層。同溫層之上，溫度隨高度增加而增加，到平流層頂溫度停頓增加。無(wú)垂直運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定，造成氣溶膠能夠停留很長(zhǎng)時(shí)間。第5頁(yè)大氣組成熱層從中間層頂?shù)綆装俟?。特點(diǎn)：密度很低，溫度約500~K。又稱電離層，反射無(wú)線電波。沒(méi)有固定化學(xué)組成。中間層從平流層頂?shù)?0~85km。特點(diǎn)：溫度遞減化學(xué)組成非常均勻，壓力很低。中間層頂溫度通常最低：-95oC---遙感通?？紤]高度范圍？第6頁(yè)大氣組成AtmosphericConstituentsPermanentGases:基本百分比固定，且沒(méi)有空間改變。Nitrogen(N2):78.084%byvolumeOxygen(O2):20.948%Argon(Ar):0.934%Carbondioxide(CO2):0.033%

濃度可變第7頁(yè)大氣組成GaseswithVariableConcentration:隨空間及時(shí)間改變顯著。Watervapour(H2O)：0~4%隨溫度、氣壓有猛烈改變，有很強(qiáng)時(shí)空改變特征。集中在對(duì)流層下半部，隨高度增加而急劇遞減。

飽和水汽壓 混合比與比濕 水汽壓 水汽密度（絕對(duì)濕度） 相對(duì)濕度 露點(diǎn)與霜點(diǎn) 虛溫第8頁(yè)大氣組成GaseswithVariableConcentration:Ozone(O3)：0~12*10-4吸收紫外，造成平流層增溫，有顯著地域和季節(jié)性改變。垂直結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。Sulphurdioxide(SO2)Nitrogendioxide(NO2)Ammonia(NH3)Nitricoxide(NO)Hydrogensulphide(H2S)Nitricacidvapour(HNO3)Nitrousoxide(N2O)Carbonmonoxide(CO)第9頁(yè)大氣組成Solidandliquidparticulates:氣溶膠、水滴、冰晶，可能會(huì)聚集為云和霾。氣溶膠：大氣中大量懸浮固體和液體粒子。經(jīng)典有霾(灰塵)、煙、霧氣溶膠起源:1）自然：火山、沙暴、林火煙灰、各種酸性粒子。2）人類活動(dòng)：工業(yè)、交通、建筑、農(nóng)業(yè)等氣溶膠大小:5*10-3~0.2mm,愛(ài)根核(Aitkennuclei)；

0.2~1mm,大粒子；

>1mm,巨粒子氣溶膠分布:對(duì)流層內(nèi)：濃度隨高度指數(shù)衰減(因?yàn)榻邓?，不能維持很久)平流層中：穩(wěn)定PM10\PM2.5\TSP？第10頁(yè)Mainconstituentsoftheearth'satmosphere第11頁(yè)大氣效應(yīng)第12頁(yè) 大氣中主要組成物氮（N2）和氧（O2）對(duì)輻射吸收主要位于紫外波段，因?yàn)榇髿馍蠈映粞醮嬖冢粞鯇?duì)小于0.3微米電磁波含有極強(qiáng)吸收能力，所以抵達(dá)地面太陽(yáng)短波輻射中，已不存在小于0.3微米短波輻射了，所以氧（O2），氮（N2）吸收作用也就不主要了。

從可見(jiàn)光到紅外到微波波段，起主要作用是大氣中一些少許多變氣體，它們是臭氧（O3），水汽（H2O），二氧化碳（CO2），甲烷（CH4），氮氨化物（N2O），一氧化碳（CO）等，（以60GHZ為中心微波氧（O2）吸收帶除外）。

大氣吸收 第13頁(yè)

水汽（H2O）是大氣中主要吸收成份，水汽是一個(gè)不對(duì)稱陀螺分子形狀。因?yàn)檎?、?fù)離子重心不重合，所以水分子是一個(gè)極性分子，含有很強(qiáng)電偶極矩;

水汽最強(qiáng)和最寬振轉(zhuǎn)吸收帶為以6.3微米為中心吸收帶，其次還有兩個(gè)分別以2.74微米和2.66微米為中心吸收帶，此處，在近紅區(qū)還有很多吸收帶，1.4、0.94等。水汽吸收0.00.20.40.60.81.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0第14頁(yè) 它在紅外區(qū)吸收為15微米為中心，范圍為13.5—16.5微米強(qiáng)吸收帶。 其二，為以4.3微米為中心吸收帶； 除此之外還有中心在10.4微米,9.4微米,5.2微米,4.8微米,2.7微米,2.0微米,1.6微米及1.4微米弱吸收帶都比窄，寬度約為0.1微米量級(jí)，所以普通能夠不予考慮。

二氧化碳吸收第15頁(yè) 臭氧對(duì)紫外光有強(qiáng)烈吸收作用致使波長(zhǎng)短于0.3微米太陽(yáng)輻射無(wú)法抵達(dá)地面，在0.6微米附近有一個(gè)弱吸收帶；

在紅外區(qū)，以9.6微米為中心有一個(gè)較強(qiáng)吸收帶，其次在4.75微米有一個(gè)較顯著吸收帶，在14微米附近吸收帶與CO2強(qiáng)吸收帶重迭。

臭氧吸收第16頁(yè)大氣吸收 第17頁(yè)大氣吸收 第18頁(yè)

經(jīng)過(guò)大氣層太陽(yáng)輻射大氣吸收 第19頁(yè)大氣效應(yīng)散射第20頁(yè)大氣效應(yīng)尺度參數(shù)a<0.6,小分子散射(Rayleigh散射)400>a>0.6,大分子散射(Mie散射)a>400,折射和反射散射第21頁(yè)n=折射指數(shù)N=單位體積內(nèi)粒子個(gè)數(shù)瑞利散射第22頁(yè)米散射1908年，G.Mie對(duì)電磁波經(jīng)過(guò)球開(kāi)粒子麥克斯韋方程組求解，得出球形粒子散射與吸收表示式。（推導(dǎo)從略）第23頁(yè)大氣效應(yīng)實(shí)際大氣透過(guò)率受散射與吸收影響。第24頁(yè)大氣效應(yīng)建模第25頁(yè)所以，考慮散射源函數(shù)后，輻射傳輸方程能夠展開(kāi)為：回想平面平行介質(zhì)中傳輸方程為：第26頁(yè)大氣效應(yīng)建模第27頁(yè)大氣效應(yīng)建模Absorbingground大氣等效反射：第28頁(yè)大氣效應(yīng)建模EiEt大氣透射：第29頁(yè)