04abs大气辐射导论南气院课件.ppt

第4章大气中的吸收过程 大气成分 大气分子吸收带 大气透过率的计算方法 大气成份 大气成份 大气成份 气体规律 气体规律 气体含量 气体含量 标准大气 标准大气 本书是美国国家海洋和大气局等29个组织数十名科学家和工程师的集体成果，是l 962年美国标准大气的修订本，它是在上一个太阳活动周期期间对高层大气的知识有了更广泛了解的情况下产生的。本标准在50km以上制定的依据是中层和较低热层大量的新的探空火箭数据和理论，以及一个以上完整的太阳活动周期中人造卫星探测取得的关于热层的大量数据。本标准在32km以下和1964年国际民用航空组织标准大气相同，在56km以下和1973年国际标准化组织的标准相同。全书共四章，第一章常数和方程的确定，是计算大气性质主表的基础；第二章介绍大气模式和使用的数据；第三章是微量成分；第四章给出了1000km以下大气性质的主表。 标准大气 标准大气 大气分子吸收带 吸收系数与透过率函数 吸收系数与透过率函数 吸收系数与透过率函数 吸收系数与透过率函数 紫外和可见光吸收带 对太阳辐射的吸收起主要作用的有O2、O3、N2、CO2、H2O以及原子O和N 大部分紫外辐射在高层大气中被集中于平流层的O3分子吸收 1）Hartley带：最强的吸收带，位于0.22-0.30微米，吸收中心在0.255微米。 2）Huggins带：0.30-0.34微米 3）Chappuis带：0.44-0.74微米 可见区域只有非常少量的吸收 紫外和可见光吸收带 紫外和可见光吸收带 紫外和可见光吸收带 红外吸收带 H2O的吸收是最重要的，其次就是CO2和O3，以及CH4、N2O、CFCs等大气痕量气体。 H2O主要集中在大气下层，吸收作用主要在对流层，特别是对流层下层。 O3在平流层有一浓度较大的区域，吸收作用主要在平流层。 CO2的混合比在大气中几乎是均匀的，所以，在水汽含量极少的平流层中，CO2的吸收主要 红外吸收带 红外吸收带 红外吸收带 微波吸收 大气对微波辐射吸收的主要气体成分是O2分子和H2O分——分子转动能级跃迁产生，谱带结构比分子红外振转带简单得多。 微波吸收线型函数一般取修正的Lorentz型，又称Van Vleck-Weisskopf线型。 大气微波辐射量很少，因此在能量传输中并不重要，但在遥感应用方面却十分重要，微波辐射在云中传输时衰减小，可穿透云，优于红外遥感 微波吸收 分子吸收 窗区吸收 大气窗区：从大气吸收光谱可以看到，在较强吸收带之间，有着一些吸收很弱的谱区域，称为大气窗区。即大气透过率高的光谱区。 对于遥感和大气能量收支研究而言，窗区和带区同等重要。 窗区的吸收主要有两部分：1）由于远处强吸收带区内吸收线的线翼连续吸收作用；2）由于窗区内弱吸收线作用。吸收弱?测量困难 窗区吸收 窗区吸收 两个主要窗区：3.5-4.2微米和8-12微米。 在红外波段，最为重要的8-12微米。由于它正处在地球长波辐射的峰值区，所以对地气系统的辐射能量的平衡来说有着特别重要的意义，对卫星遥感探测地面特征来说，这也是极有用的波段。在这一波段中，有9.6微米的O3吸收带和弱水汽线及弱连续吸收 大气透过率的计算方法 大气透过率的计算方法 逐线积分 逐线积分 逐线积分 逐线积分 逐线积分 逐线积分 逐线积分 求解单根谱线的吸收，吸收系数必须以小于谱线半宽的波数间隔计算。 平流层上部：15微米CO2带和9.6微米O3带半宽约为0.0005-0.001cm-1，谱区间约为400cm-1，求解单根谱线必须在50万个点上计算 对流层：H2O范围约为15000cm-1，半宽约为0.01cm-1，计算必须在100万个点上进行 对每个计算点：还有其它需要考虑的吸收线和大气条件 通量计算必须对所有的吸收带进行积分 逐线积分 逐线积分 大气透过率的计算方法 K-分布近似法（指数和模式） K-分布近似法（指数和模式） K-分布近似法（指数和模式） K-分布近似法（指数和模式） K-分布近似法（指数和模式） K-分布近似法（指数和模式） 相关K-分布近似法 相关K-分布近似法 大气透过率的计算方法 等效宽度（equivalent width） A homogeneous atmospheric layer (i.e., the spectral absorption coefficient k does not depend on path length) The spectral transmission function： 等效宽度（equivalent width） Equiv. width of Lorentz profile Equiv. width of Lorentz profile Case of weak line absorpti