大气吸收
作者：WERY
更新时间：2024-06-15
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大气中有些物质能吸收一定波长的辐射能而转变成为热能，这一过程称为大气吸收。
概念
大气吸收（atmospheric absorption）大气中各种成分，对电磁波辐射在其中传播肘的吸收作用。大气吸收是选择
大多数太阳紫外辐射在高层大气中被氧和氮所吸收（ 2600A至更短波长），所以高层大气中氧和氮分子遭受光化学离解，以原子态出现。2000-3000A左右的太阳紫外辐射，主要由臭氧吸收。太阳可见光辐射的吸收较少，因为这里是大气窗区。在红外范围内主要的吸收气体是水汽、二氧化碳和臭氧，附表中列出了它们的吸收带中心波长。在微波范围内，主要吸收成分是氧气（波长4-6mm）和水汽（波长 l．35cm 和1.6mm附近）。
对上述大气吸收已提出很多理论模式和近似计算方法，例如周期带模式、随机带模式等。随着计算机技术的日益发展，已有人尝试对真实大气中的吸收气体成分进行逐线计算。
几种主要的大气红外吸收气体的吸收带中心波长
吸收，太阳辐射通过长长的大气路径，遭受一系列吸收后到达地表，被吸收的能量转变为热能、离化能或其它形式的能量，对确定各层大气的物理和化学状态起着重要作用。 大多数太阳紫外辐射在高层大气中被氧和氮所吸收（ 2600A至更短波长），所以高层大气中氧和氮分子遭受光化学离解，以原子态出现。2000-3000A左右的太阳紫外辐射，主要由臭氧吸收。太阳可见光辐射的吸收较少，因为这里是大气窗区。在红外范围内主要的吸收气体是水汽、二氧化碳和臭氧，附表中列出了它们的吸收带中心波长。在微波范围内，主要吸收成分是氧气（波长4-6mm）和水汽（波长 l．35cm 和1.6mm附近）。
对上述大气吸收已提出很多理论模式和近似计算方法，例如周期带模式、随机带模式等。随着计算机技术的日益发展，已有人尝试对真实大气中的吸收气体成分进行逐线计算。
原理
大气分子对电磁波能量的吸收。在微波和毫米波段，氧和水汽是大气气体吸收的主要成分。氧分子具有磁偶极矩,水分子具有剩余电偶极矩。在电磁场的作用下,当电磁波的频率与分子转动能级跃迁频率一致时，分子吸收电磁波的能量，其转动能级由低向高跃迁，
水汽和氧的吸收系数都是吸收谱线中心频率、谱线强度与谱线半宽度三个参数的函数。氧在118.75吉赫有一孤立吸收线；在 48.4～71.05吉赫的频率范围有45根谱线，形成一个以60吉赫为中心的吸收带；此外，还有一根谱线在零频。水汽有很多谱线，在 350吉赫以下频段有三根谱线分别在22.3吉赫、183.5吉赫和323.8吉赫频率上。谱线的强度和半宽度与大气压力、温度和水汽密度有关。因此，可以利用气象仪器测得的气压、温度和水汽密度计算某一频率的氧和水汽的吸收系数。当大气压为760毫米水银柱高、温度为20℃和水汽密度为7.5克／米3时,地面大气吸收系数如图所示。沿射线路径氧和水汽的吸收系数一旦确定，求出吸收系数沿路径的积分值，即得沿此路径上大气气体的总衰减。总衰减与路径的仰角和高度范围等有关。
在大气吸收谱线之间，有一些大气吸收相对轻微的频段，称为大气窗口。在毫米波段，大气窗口共有 4个，中心频率分别在35、94、140和220吉赫，相对带宽都在20％左右。
通常,当频率超过3吉赫时就应考虑大气吸收。利用大气窗口可获得较远的无线电作用距离，如通信距离和雷达作用距离等，吸收谱线可用于保密通信和低截获概率雷达等；大气吸收系数随高度的变化可作为权函数用于大气温度遥感。
大气吸收
形成共振吸收。在分子碰撞的情况下，这种共振吸收谱线不是频率单一的谱线，而是有一定的频谱宽度。这样，氧和水汽不仅强烈地吸收频率与吸收谱线中心频率十分相近的电磁波，也会吸收频率不一致的电磁波。 水汽和氧的吸收系数都是吸收谱线中心频率、谱线强度与谱线半宽度三个参数的函数。氧在118.75吉赫有一孤立吸收线；在 48.4～71.05吉赫的频率范围有45根谱线，形成一个以60吉赫为中心的吸收带；此外，还有一根谱线在零频。水汽有很多谱线，在 350吉赫以下频段有三根谱线分别在22.3吉赫、183.5吉赫和323.8吉赫频率上。谱线的强度和半宽度与大气压力、温度和水汽密度有关。因此，可以利用气象仪器测得的气压、温度和水汽密度计算某一频率的氧和水汽的吸收系数。当大气压为760毫米水银柱高、温度为20℃和水汽密度为7.5克／米3时,地面大气吸收系数如图所示。沿射线路径氧和水汽的吸收系数一旦确定，求出吸收系数沿路径的积分值，即得沿此路径上大气气体的总衰减。总衰减与路径的仰角和高度范围等有关。
在大气吸收谱线之间，有一些大气吸收相对轻微的频段，称为大气窗口。在毫米波段，大气窗口共有 4个，中心频率分别在35、94、140和220吉赫，相对带宽都在20％左右。
通常,当频率超过3吉赫时就应考虑大气吸收。利用大气窗口可获得较远的无线电作用距离，如通信距离和雷达作用距离等，吸收谱线可用于保密通信和低截获概率雷达等；大气吸收系数随高度的变化可作为权函数用于大气温度遥感。
