红外辐射大气衰减

[拼音]：hongwai fushe daqi shuaijian

[外文]：atmospheric attenuation of infrared radiaton

红外辐射在大气中传播时，由于大气中各种成分的吸收和散射而引起的辐射功率的逐渐衰减。

大气是一种具有非常高的时空变易性的吸收物质和散射物质。因此，这种衰减过程是极其复杂的，它与辐射传播过程中的温度、压力、大气的性质、粒子的大小和所使用的波长，甚至与地形都有关系。只有知道这些因素的变化，才能准确获得红外辐射在大气中的衰减情况。因此，为了解决某些实际的应用问题，需要实地、适时地进行衰减测量。

大气中各种气体分子吸收红外辐射，使辐射能转变为其他形式的能量；同时，大气中的尘埃和水滴等粒子又将辐射散射到四面八方，因而在前进路程中的辐射功率也要减小。

由于大气的吸收，红外辐射在前进路程上的功率按指数式衰减(假定是平行光束， 没有发散问题)。若x＝0处的辐射功率为I₀，在路程x处的辐射功率为I，则

α为辐射功率衰减到一半所需的距离的倒数，称为吸收系数，与波长有关。同样，由于大气的散射，红外辐射功率的衰减也可写成

β为散射系数，也与波长有关。因此，对于一定的波长，红外辐射的大气衰减规律为

式中κ＝α＋β，称为大气的衰减系数。

实际上，红外辐射在大气中传播时，主要的吸收来自水汽，其次来自二氧化碳。表列出水汽和二氧化碳的较强吸收带。这些带间的空隙形成了一些所谓天体辐射的“红外窗口”，其中最宽的是在8～13微米处(其中9.5微米附近有臭氧的吸收)。17～22微米是半透明窗口。22微米以后直到1毫米处，由于水汽的严重吸收，对天体的红外辐射是完全不透明的。但是，在海拔较高，空气干燥的地方，22微米以后的红外辐射也有较高的透过率。例如，在海拔3.5公里的高度处，测量结果见表。

大气对红外辐射的散射，主要取决于大气中所包含的各种粒子的大小。对于空气分子（粒子很小），其散射量反比于辐射波长的4次方；而尘埃，水滴等的散射量大致与波长的1.3次方成反比。

图为海平面上约1.83公里水平路程（有17毫米可降水分）的大气透射比曲线。

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