基本介紹
- 中文名：大氣衰減
- 定義：電磁波大氣中傳播時能量衰減現象
- 氣體分子：水蒸汽、二氧化碳、臭氧等
- 原因：電磁波輻射能量被衰減的吸收帶
介紹,大氣衰減的原因,散射作用,吸收作用,反射作用,
介紹
泛指電磁波和聲波在大氣中傳播時因受大氣分子、氣溶膠粒子的吸收和散射而發生的能量衰減現象。
一般用φ=φ0e^(-σ*x)表示。式中φ小為電磁能輻射至χ處的輻射通量，φ0為χ=0處的輻射通量，χ為輻射能在大氣中傳播的距離，σ為衰減係數，由吸收係數α和散射係數ν組成。σ=α+ν，α與輻射能的波長、大氣的溫度、壓力和密度有關，ν是波長和散射粒子半徑的一個複雜函式，但當粒子的尺度大于波長時（稱為無選擇性散射），ν與波長無關。大氣衰減的程度與電磁波波長有密切關係。能透過大氣的電磁波輻射的連續波長區間稱為大氣視窗。故為減少電磁波傳播的衰減，可根據大氣視窗的情況選擇適當波長的電磁波。如He-Ne雷射器的波長為0.63微米，處於大氣視窗之內，傳輸時衰減較小。
大氣衰減的原因
大氣衰減的原因主要是吸收、散射和反射。
散射作用
太陽輻射通過大氣層時，受到大氣中氣體分子和大氣中固體、微粒、液體的散射。電磁波在傳播過程中，遇到小微粒而使傳播方向改變，並向各個方向散開，稱為散射。
瑞利散射：
米氏散射：質點直徑和電磁波波長差不多時，主要是大其中的煙、雲霧等水蒸氣、氣溶膠等中等顆粒引起的散射。 雲、霧等的懸浮粒子的直徑和0.76－15 um之間的紅外線波長差不多。所以， 雲霧對紅外線的散射主要是米氏散射。
非選擇散射：當質點直徑大於電磁波波長時（d >λ）, 散射率與波長沒有關係 。人看到的雲和霧是白色的，就是雲霧粒子直徑比可見光波長大很多，所以雲霧對可見光波段為非選擇性散射。
吸收作用
大氣吸收電磁輻射的主要物質是：水、二氧化碳和臭氧
（1）水：分為氣態水和液態水。水汽吸收電磁輻射的波段範圍較寬，從可見光、紅外直至微波，都有水汽的吸收帶。 液態水的吸收更強，主要在長波範圍。
（2）二氧化碳： 主要在紅外區。1.35－2.85um 之間有3個弱吸收帶，2.7，4.3， 14.5 um 為強吸收帶。
（3）臭氧 ： 對紫外線的吸收。
（4）其它吸收電磁波的物質 氧氣主要吸收波長小於0.2um的， 塵埃吸收作用很少。
反射作用
主要是大氣中的雲層，大的塵埃。雲量越多、雲層越厚， 反射越強。
大氣對太陽輻射的衰減總體規律為，大氣吸收17%， 散射22%，反射30%，其餘31% 太陽輻射到達地面。
