大气的吸收作用与大气窗汇总

1、大气的吸收作用与大气窗,您现在收听的是：,大气对电磁波的吸收,根据电磁场与单分子的相互作用的理论，一个孤立,分子总的内部能量,由三类能态组成,，,=,e+,v +,r,(,e,是电子能量,v,是振动能量,r,是转动能量。,),当从低（或高）能态到高（或低）能态跃迁时，吸,收（或发射）光量子的事件同时发生。吸收（或发射）,量子的频率,f,由玻尔公式决定,:,大气中分子会吸收特定一些频率的电磁波。,分波段说明,大气空气分子与气溶,胶主要对电磁波进行,散射，对微波的吸收,作用可以忽略不计。,云和雨对微波吸收作,用显著,尘埃和气溶胶的散射,空气分子和云雨的吸收,微波波段,可见光和红外波段,在大气的各种

2、成分中氧气和水蒸气的波普呈现明,显的吸收带，二氧化碳和臭氧也存在明显的吸收带，,因为成分太少不做讨论。,氧气对电磁波的吸收,氧分子存在未配对电子，是顺磁性物质具有恒磁矩。,在与电磁场相互作用时，分子的核磁矩在按磁场方向,进行排列时，吸收并辐射微波波段的电磁波。电磁波,能量满足能级跃迁条件是吸收电磁波。,在,60GHz,（对应波长,0.5cm,）、,75 GHz,和,118.8GHz,（对,应波长,0.25cm,）附近会产生许多分离的谱线。人们称,这些分离的谱线对应的频率带为气体吸收带,在近红外和可见光波段，氧分子有中心在,1.2683m,、,1.0674m,、,0.7620m,、,0.6901

3、m,以及,0.6313m,的吸,收带；在紫外光波段，氧分子还有许多强吸收带。,水蒸气对电磁波的吸收,水蒸汽（,H,2,O,）是具有一个电偶极子的极性分子。当,水蒸汽与电磁场相互作用的时候，水分子的振动频率,与电磁波频率相当是，分子吸收电磁波能量。,在,22.235GHz,（对应波长,1.348cm,）、,183.3GHz,以及远,红外区（,310GHz,和,325GHz,）的若干频率上产生转动,谱线。,当电磁波的能量满足分子间能级跃迁所需能量时，分,子对电磁波进行吸收。,水蒸气的吸收带,22.235GHz,153GHz,183.3GHz,310GHz,325GHz,710nm735nm,810

4、nm840nm,890nm990nm,936nm,为强吸收带,0.5440.847m,1.1m 1.38m 1.87m,2.7m 3.2m 6.25m,6.25m为强吸收带,大于10m,转动带,吸,收,带,微,波,远,红,外,近,红,外,其,他,其他气体对电磁波的吸收,不单氧气和水蒸气对大气中电磁波的传播具有吸收作,用，臭氧（,O,3,）在中心为,0.2553m,的紫外光波段具,有强吸收带，在,0.45,0.74m,的可见光波段具有弱吸,收带，在红外和微波波段也有一些吸收带。二氧化碳,（,CO,2,）在,4.3m,和,15m,具有强吸收带（振动和转动,基本带），在,10m,、,5m,、,2.7

5、m,、,2.0m,、,1.6m,和,1.4m,具有弱吸收带。,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,氧气（,O,2,）。对电磁波吸收起大小不等的作用。,由大气中各种成分对电磁波的吸收程度可知，大气对,长波辐射的吸收远大于短波,谱线增宽,单个分子的吸收是由线条分明的谱线所组成，这,些谱线对应于明确的能级跃迁。,实际上大量分子之间的碰撞和相互作用，包括不,同物质分子之间的碰撞，能够引起能级宽度发生变化，,造成谱线具有一定的宽度。谱线宽度的增加称为“谱,线增宽”，由分子之间碰撞产生的

6、“压致增宽”是大,气吸收峰增宽的最主要原因。所以，真实的大气吸收,谱是由许多起伏的、以共振吸收线为中心频率的、具,有一定宽度的谱峰组成。真实的大气内水蒸汽对微波,在所有频率都有吸收，并不限于上述分立的水汽吸收,带。,水蒸汽的吸收系数是频率的函数。,大气透射率,指通过大气（或某气层）后的辐射强度与入射前辐射,强度之比。,二氧化碳（,CO,2,）和水蒸汽（,H,2,O,）浓度对红外波段的,大气透射率影响最大，造成大气的温室效应。,按下列顺序递减：冬天亚北极区、冬天中纬度地区、,夏天亚北极区、夏天中纬度地区、热带地区。一般地,说，大气对于太阳入射辐射是比较透明的，对于地球,发出的红外辐射不太透明。,

7、大气窗,大气窗：,大气窗指大气透射率比较大的波段，探测海,面的传感器的波段必须设计在大气窗内。探测大气温,度或湿度垂直分布的传感器应该至少有一个波段设计,在大气窗外，即选择大气窗外氧气或水蒸汽的某个吸,收带。,分类：,按所属范围不同分为光学窗口、红外窗口和,射电窗口。,不同波段遥感的大气窗,?,0.3,1.155m,，包括部分紫外光、全部可见光和部分,近红外，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是,摄影成像的最佳波段，也是许多卫星遥感器扫描成像,的常用波段。比如，,Landsat,卫星的,TM,的,1,4,波段；,SPOT,卫星的,HRV,波段等。其中：,0.3,0.4m,，透过率,约为,70

8、%,；,0.40.7m,，透过率大于,95%,；,0.71.1m,，透过率约为,80%,。,?,1.41.9m,，近红外窗口，透过率为,60%95%,，其中,1.551.75m,透过率较高。该波段在白天日照条件好,的时候扫描成像常用这些波段。比如，,TM,的,5,、,7b,波,段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图,等。,?,2.02.5m,，近红外窗口，透过率约,80%,。,不同波段遥感的大气窗,?,3.55.0m,，中红外窗口，透过率为,60%70%,。该波,段物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射太,阳辐射外，地面物体自身也有长波辐射。比如，,NOVV,卫星的,AVHRR,遥感器用,3.553.93m,探测海面温,度，获得昼夜云图。,?,8.014.0m,，热红外窗口，透过率约,80%,。主要来自,物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的,地物温度。,?,1.01.8m,，微波窗口，透过率约,3