LOWTRAN 大气层外无翼飞行器红外辐射建模分析(6)
即大气分子对电磁波能量的吸收。所有物质对某些范围内的电磁波都是透明的，而对另一些范围内的电磁波却不是透明的。我们把物质对某些范围内的电磁波不是透明的性质叫做物质对电磁波的吸收。由于自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外辐射，所以说处在大气层外面的天体和里面的地球都会发生辐射，当辐射传播到大气层时大气层吸收其中某些范围内的电磁波。
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。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，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，氧和水汽不仅激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。
2.4.2 大气散射
大气散射是重要而且普遍发生的现象，大部分进入我们眼睛的光都是散射光。如果没有大气散射，则除太阳直接照射的地方外，都将是一片黑暗。大气散射作用削弱了太阳的直接辐射，同时又使地面除接收到经过大气削弱的太阳直接辐射外，还接收到来自大气的散射辐射，大大增加了大气辐射问题的复杂性。大气散射是大气光学和大气辐射学中的重要内容。也是微波雷达、激光雷达等遥感探测手段的重要理论基础（见微波大气遥感、激光大气遥感）。光和粒子的相互作用，按粒子同入射波波长(λ)的相对大小不同，可以采用不同的处理方法：当粒子尺度比波长小得多时，可采用比较简单的瑞利散射公式；当粒子尺度与波长可相比拟时，要采用较复杂的米散射公式;当粒子尺度比波长大得多时,则用几何光学处理。一般考虑具有半径□的均匀球状粒子的理想散射时,常采用无量纲尺度参数q= 2πr/λ作为判别标准：当q<0.1时，可用瑞利散射；当q≥0.1时,需用米散射；当q>50时,可用几何光学。同一粒子对不同波长而言，往往采用不同的散射处理方法,如直径1μm的云滴对可见光的散射是米散射；但对微波，却可作瑞利散射处理。
瑞利散射：英国科学家J.W.S.瑞利在19世纪末研究天空颜绝时提出的。因最初用于解释大气分子对可见光的散射，故又称分子散射。凡是粒子尺度远小于入射波长的散射现象，统称为瑞利散射。这种散射光的强度随不同的散射角γ（入射光方向和随光入射的夹角）而变。瑞利散射具有如下特点：①散射光强与波长四次方成反比。②粒子前半部和后半部的散射光通量相等，按（1+cosγ）的关系分布。 ③前向（γ =0）和后向(γ=180□)的散射光最强，都比垂直方向(γ =90□、270□)强一倍。④前向和后向的散射光与入射光偏振状态相同；而垂直方向的散射光为全偏振，即其平行分量（振动方向与观测平面平行的分量，观测平面系由入射光和散射光组成的平面）为零，只存在垂直分量。
多次散射：散射体中往往包含很多散射粒子，因此每个粒子的散射光都会被其他粒子再散射。如P 粒子的散射光可被Q粒子再次散射,而Q粒子的散射光又会被R粒子第三次散射。对直接入射光的散射称为一次散射，以后的散射依次称为二次、三次……散射，或统称为多次散射。显然，在其他散射方向的一次散射光，由于多次散射的结果，还可能再次沿入射光方向散射。多次散射的计算很复杂。有人计算出，当大气光学厚度（见大气消光γ<0.1时，只需考虑一次散射；而当γ>0.3时，则还需计及二、三次散射；当γ在0.1～0.3时，则需计及二次散射在内。
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