大氣衰減

大氣衰減

大氣衰減是指電磁波在大氣中傳播時發生的能量衰減現象。各種波長的電磁波在大氣中傳播時,受大氣中氣體分子(水蒸汽、二氧化碳、臭氧等)、水汽凝結物(冰晶、雪、霧等)及懸浮微粒(塵埃、煙、鹽粒、微生物等)的吸收和散射作用,形成了電磁波輻射能量被衰減的吸收帶。

基本介紹

  • 中文名大氣衰減
  • 定義:電磁波大氣中傳播時能量衰減現象
  • 氣體分子:水蒸汽、二氧化碳、臭氧等
  • 原因:電磁波輻射能量被衰減的吸收帶
介紹,大氣衰減的原因,散射作用,吸收作用,反射作用,

介紹

泛指電磁波和聲波在大氣中傳播時因受大氣分子、氣溶膠粒子的吸收和散射而發生的能量衰減現象。
一般用φ=φ0e^(-σ*x)表示。式中φ小為電磁能輻射至χ處的輻射通量,φ0為χ=0處的輻射通量,χ為輻射能在大氣中傳播的距離,σ為衰減係數,由吸收係數α和散射係數ν組成。σ=α+ν,α與輻射能的波長、大氣的溫度、壓力和密度有關,ν是波長和散射粒子半徑的一個複雜函式,但當粒子的尺度大于波長時(稱為無選擇性散射),ν與波長無關。大氣衰減的程度與電磁波波長有密切關係。能透過大氣的電磁波輻射的連續波長區間稱為大氣視窗。故為減少電磁波傳播的衰減,可根據大氣視窗的情況選擇適當波長的電磁波。如He-Ne雷射器的波長為0.63微米,處於大氣視窗之內,傳輸時衰減較小。

大氣衰減的原因

大氣衰減的原因主要是吸收、散射和反射。

散射作用

太陽輻射通過大氣層時,受到大氣中氣體分子和大氣中固體、微粒、液體的散射。電磁波在傳播過程中,遇到小微粒而使傳播方向改變,並向各個方向散開,稱為散射。
瑞利散射:
大氣衰減
大氣衰減
米氏散射:質點直徑和電磁波波長差不多時,主要是大其中的煙、雲霧等水蒸氣、氣溶膠等中等顆粒引起的散射。 雲、霧等的懸浮粒子的直徑和0.76-15 um之間的紅外線波長差不多。所以, 雲霧對紅外線的散射主要是米氏散射。
非選擇散射:當質點直徑大於電磁波波長時(d >λ), 散射率與波長沒有關係 。人看到的雲和霧是白色的,就是雲霧粒子直徑比可見光波長大很多,所以雲霧對可見光波段為非選擇性散射。

吸收作用

大氣吸收電磁輻射的主要物質是:水、二氧化碳和臭氧
(1)水:分為氣態水和液態水。水汽吸收電磁輻射的波段範圍較寬,從可見光、紅外直至微波,都有水汽的吸收帶。 液態水的吸收更強,主要在長波範圍。
(2)二氧化碳: 主要在紅外區。1.35-2.85um 之間有3個弱吸收帶,2.7,4.3, 14.5 um 為強吸收帶。
(3)臭氧 : 對紫外線的吸收。
(4)其它吸收電磁波的物質 氧氣主要吸收波長小於0.2um的, 塵埃吸收作用很少。

反射作用

主要是大氣中的雲層,大的塵埃。雲量越多、雲層越厚, 反射越強。
大氣衰減
大氣對太陽輻射的衰減總體規律為,大氣吸收17%, 散射22%,反射30%,其餘31% 太陽輻射到達地面。

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