大氣吸收
作者：WERY
更新時(shí)間：2025-10-28
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大氣中有些物質(zhì)能吸收一定波長(zhǎng)的輻射能而轉(zhuǎn)變成為熱能，這一過(guò)程稱為大氣吸收。
概念
大氣吸收（atmospheric absorption）大氣中各種成分，對(duì)電磁波輻射在其中傳播肘的吸收作用。大氣吸收是選擇
大多數(shù)太陽(yáng)紫外輻射在高層大氣中被氧和氮所吸收（ 2600A至更短波長(zhǎng)），所以高層大氣中氧和氮分子遭受光化學(xué)離解，以原子態(tài)出現(xiàn)。2000-3000A左右的太陽(yáng)紫外輻射，主要由臭氧吸收。太陽(yáng)可見光輻射的吸收較少，因?yàn)檫@里是大氣窗區(qū)。在紅外范圍內(nèi)主要的吸收氣體是水汽、二氧化碳和臭氧，附表中列出了它們的吸收帶中心波長(zhǎng)。在微波范圍內(nèi)，主要吸收成分是氧氣（波長(zhǎng)4-6mm）和水汽（波長(zhǎng) l．35cm 和1.6mm附近）。
對(duì)上述大氣吸收已提出很多理論模式和近似計(jì)算方法，例如周期帶模式、隨機(jī)帶模式等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，已有人嘗試對(duì)真實(shí)大氣中的吸收氣體成分進(jìn)行逐線計(jì)算。
幾種主要的大氣紅外吸收氣體的吸收帶中心波長(zhǎng)
吸收，太陽(yáng)輻射通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的大氣路徑，遭受一系列吸收后到達(dá)地表，被吸收的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、離化能或其它形式的能量，對(duì)確定各層大氣的物理和化學(xué)狀態(tài)起著重要作用。 大多數(shù)太陽(yáng)紫外輻射在高層大氣中被氧和氮所吸收（ 2600A至更短波長(zhǎng)），所以高層大氣中氧和氮分子遭受光化學(xué)離解，以原子態(tài)出現(xiàn)。2000-3000A左右的太陽(yáng)紫外輻射，主要由臭氧吸收。太陽(yáng)可見光輻射的吸收較少，因?yàn)檫@里是大氣窗區(qū)。在紅外范圍內(nèi)主要的吸收氣體是水汽、二氧化碳和臭氧，附表中列出了它們的吸收帶中心波長(zhǎng)。在微波范圍內(nèi)，主要吸收成分是氧氣（波長(zhǎng)4-6mm）和水汽（波長(zhǎng) l．35cm 和1.6mm附近）。
對(duì)上述大氣吸收已提出很多理論模式和近似計(jì)算方法，例如周期帶模式、隨機(jī)帶模式等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，已有人嘗試對(duì)真實(shí)大氣中的吸收氣體成分進(jìn)行逐線計(jì)算。
原理
大氣分子對(duì)電磁波能量的吸收。在微波和毫米波段，氧和水汽是大氣氣體吸收的主要成分。氧分子具有磁偶極矩,水分子具有剩余電偶極矩。在電磁場(chǎng)的作用下,當(dāng)電磁波的頻率與分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷頻率一致時(shí)，分子吸收電磁波的能量，其轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)由低向高躍遷，
水汽和氧的吸收系數(shù)都是吸收譜線中心頻率、譜線強(qiáng)度與譜線半寬度三個(gè)參數(shù)的函數(shù)。氧在118.75吉赫有一孤立吸收線；在 48.4～71.05吉赫的頻率范圍有45根譜線，形成一個(gè)以60吉赫為中心的吸收帶；此外，還有一根譜線在零頻。水汽有很多譜線，在 350吉赫以下頻段有三根譜線分別在22.3吉赫、183.5吉赫和323.8吉赫頻率上。譜線的強(qiáng)度和半寬度與大氣壓力、溫度和水汽密度有關(guān)。因此，可以利用氣象儀器測(cè)得的氣壓、溫度和水汽密度計(jì)算某一頻率的氧和水汽的吸收系數(shù)。當(dāng)大氣壓為760毫米水銀柱高、溫度為20℃和水汽密度為7.5克／米3時(shí),地面大氣吸收系數(shù)如圖所示。沿射線路徑氧和水汽的吸收系數(shù)一旦確定，求出吸收系數(shù)沿路徑的積分值，即得沿此路徑上大氣氣體的總衰減。總衰減與路徑的仰角和高度范圍等有關(guān)。
在大氣吸收譜線之間，有一些大氣吸收相對(duì)輕微的頻段，稱為大氣窗口。在毫米波段，大氣窗口共有 4個(gè)，中心頻率分別在35、94、140和220吉赫，相對(duì)帶寬都在20％左右。
通常,當(dāng)頻率超過(guò)3吉赫時(shí)就應(yīng)考慮大氣吸收。利用大氣窗口可獲得較遠(yuǎn)的無(wú)線電作用距離，如通信距離和雷達(dá)作用距離等，吸收譜線可用于保密通信和低截獲概率雷達(dá)等；大氣吸收系數(shù)隨高度的變化可作為權(quán)函數(shù)用于大氣溫度遙感。
大氣吸收
形成共振吸收。在分子碰撞的情況下，這種共振吸收譜線不是頻率單一的譜線，而是有一定的頻譜寬度。這樣，氧和水汽不僅強(qiáng)烈地吸收頻率與吸收譜線中心頻率十分相近的電磁波，也會(huì)吸收頻率不一致的電磁波。 水汽和氧的吸收系數(shù)都是吸收譜線中心頻率、譜線強(qiáng)度與譜線半寬度三個(gè)參數(shù)的函數(shù)。氧在118.75吉赫有一孤立吸收線；在 48.4～71.05吉赫的頻率范圍有45根譜線，形成一個(gè)以60吉赫為中心的吸收帶；此外，還有一根譜線在零頻。水汽有很多譜線，在 350吉赫以下頻段有三根譜線分別在22.3吉赫、183.5吉赫和323.8吉赫頻率上。譜線的強(qiáng)度和半寬度與大氣壓力、溫度和水汽密度有關(guān)。因此，可以利用氣象儀器測(cè)得的氣壓、溫度和水汽密度計(jì)算某一頻率的氧和水汽的吸收系數(shù)。當(dāng)大氣壓為760毫米水銀柱高、溫度為20℃和水汽密度為7.5克／米3時(shí),地面大氣吸收系數(shù)如圖所示。沿射線路徑氧和水汽的吸收系數(shù)一旦確定，求出吸收系數(shù)沿路徑的積分值，即得沿此路徑上大氣氣體的總衰減。總衰減與路徑的仰角和高度范圍等有關(guān)。
在大氣吸收譜線之間，有一些大氣吸收相對(duì)輕微的頻段，稱為大氣窗口。在毫米波段，大氣窗口共有 4個(gè)，中心頻率分別在35、94、140和220吉赫，相對(duì)帶寬都在20％左右。
通常,當(dāng)頻率超過(guò)3吉赫時(shí)就應(yīng)考慮大氣吸收。利用大氣窗口可獲得較遠(yuǎn)的無(wú)線電作用距離，如通信距離和雷達(dá)作用距離等，吸收譜線可用于保密通信和低截獲概率雷達(dá)等；大氣吸收系數(shù)隨高度的變化可作為權(quán)函數(shù)用于大氣溫度遙感。
