紅外大氣遙感

利用紅外輻射信號探測大氣的方法和技術。這些信號主要來自地表和大氣的發射以及太陽輻射，因此，這是一種被動式大氣遙感。

基本介紹

• 中文名：紅外大氣遙感
• 概述：利用紅外輻射信號探測
• 正文：　利用紅外輻射信號探測大氣
• 　曾慶存著：《大氣紅外遙測原理》1974年版

簡史

1959年，L.D.卡普蘭首先提出用大氣紅外輻射信號來探測大氣溫度的原理。10年以後，這個方法在美國雨雲 3號氣象實驗衛星上試驗成功，被認為是大氣探測上的一大突破。此後，氣象衛星紅外大氣遙感水汽分布又取得成功。到了70年代，已能利用紅外大氣遙感方法和技術，初步實現大氣溫度、水汽和臭氧含量的氣象衛星綜合探測，給出全球無雲地區從海面直到高空80公里左右的大氣溫度廓線、對流層大氣水汽廓線和平流層臭氧含量全球分布的觀測資料。

原理

地-氣系統是200～400K的低溫輻射源，其發射的熱輻射強度的峰值在10～20微米的紅外波段，大氣中的二氧化碳、水汽和臭氧等氣體分子的主要吸收帶又大都在 3～25微米的中紅外區，這為紅外大氣遙感提供了極為有利的條件。又由於二氧化碳在大氣中的混合比不隨高度改變，故在不同高度上輻射強度的變化可反映大氣溫度的鉛直分布。在大氣二氧化碳的 4.3微米和15微米吸收帶內，適當選擇吸收強弱不同的一組通道，用紅外分光輻射儀從空間測量大氣在這些通道的向上輻射強度（強吸收通道的輻射，主要來自較高層大氣二氧化碳的發射;弱吸收通道的輻射,則主要來自較低層大氣二氧化碳的發射），就可反演出大氣溫度的鉛直分布。在溫度和壓力確定的情況下，大氣水汽在 6.3微米和18～1000微米吸收帶、臭氧在 9.6微米吸收帶以及其他微量氣體成分在其吸收帶上發射的紅外輻射強度，只取決於這些氣體的濃度。同樣，測量在這些吸收帶內吸收強弱不同的一組通道的大氣向上輻射強度，就可以反演出各相應氣體的含量分布。
在氣象衛星上探測來自雲和地表在紅外大氣窗區向上的輻射，經過適當的大氣衰減訂正，可以得到海面溫度（精度已約達1K左右）和中、低雲的雲頂溫度。
在地面上觀測不同大氣分子吸收帶上的太陽紅外輻射光譜，同樣可以推算出大氣柱中水汽和臭氧等成分的含量。

儀器

在紅外大氣遙感中，最基本的遙感儀器是紅外輻射儀，它包括三個基本部分：①光學系統。把來自目標的輻射會聚到探測器上。②探測器。把入射的輻射轉換成電信號。探測器在紅外輻射儀中是一個極為重要的部分,它分成兩大類：一類為熱探測器,感應元件對入射輻射功率的漲落引起的溫度變化敏感；另一類為量子探測器，感應元件對入射的光子數的漲落敏感。③放大器和顯示或記錄裝置。把探測器的輸出放大並轉換成需要的形式。在探測器和光學系統之間有分光系統的，稱為紅外分光輻射儀；帶有掃描裝置，可以依次改變視場位置的，叫做紅外掃描輻射儀。用輻射儀可以進行輻射的絕對測量和相對測量。作絕對測量時，必須有一個已知的、穩定的標準輻射源，用以標定輻射儀。
由於紅外輻射在雲中的衰減很快，不能穿透中雲和低雲,因此，紅外大氣遙感受到雲雨天氣條件的限制,缺乏全天候探測能力。把紅外大氣遙感和微波大氣遙感結合起來套用，是彌補這個缺陷的主要途徑。

參考書目

曾慶存著：《大氣紅外遙測原理》，科學出版社，北京，1974。
R.G.Reeves， ed.，Manual of Remote Sensing，American Society of Photogrammetry，Falls Churen(Virginia)，1975.