LOWTRAN 大气层外无翼飞行器红外辐射建模分析(7)
2.4.3 因气象条件的衰减
因为气象（雾、雨、雪）粒子尺寸通常比红外辐射波长大得多，所以根据米氏理论，这样的粒子产生非选择的辐射散射。
无力的尺寸各有不同，虽然在雾中有衰减，但随波长的变化，避灾大气份子和粒子散射是要弱些，而不比8--14μm透过窗口小，通常它比可见光区小2--2.5倍。
在可见光和红外谱区，雨和雪的辐射衰减与雾的衰减有别，是非选择性的。因此，对于决定与其强度相关的雨、雪的衰减系数可采用在10.6μm波长的到的经验公式：
α雨=0.66J
α雪=6.5J
式中，J雨、J雪分别为与气象条件相关的降雨，降雪强度，mm/h.
可采用下面的降雨强度数值进行计算：
小雨——2.5mm/h;
中雨——12.5mm/h;
大雨——25mm/h。
由雨的衰减所导致的透过率为： (2.4.3.1)
由雨的衰减所导致的透过率为： (2.4.3.2)
式中R为作用距离
2.5 大气窗口与大气透过率
2.5.1 大气窗口
在红外波段，吸收比散射严重得多。根据分子物理学理论，吸收是入射辐射和分子系统之间相互作用的结果。辐射通过整个大气层时，产生极大的选择性吸收。其中对红外线的吸收最强烈的是H2O，其次是CO2和O3，而CO、O2、N2O、CH4这类分子，仅在一定条件下吸收才比较显著。在下图的大气透过光谱分析中，各种气体吸收较弱的窗口主要有三个：2.1～2.5μm,3～5μm，8～14μm，，在这三个窗口，大气对红外线是相对透明的。
图2.1大气窗口的光谱透射率
2.5.2 大气窗口
红外辐射经过大气的衰减与传输距离、大气相对湿度、物体温度等有关[7]。
图2.2相同湿度下经过不同传输距离后红外辐射光谱的透射分布
即便辐射在三个大气窗口中传输也会有一定的能量衰减，辐射穿过大气未被吸收衰减的能量与总辐射能量之比，称为“大气透射率”。大气透射可看作符合指数规律，如下式所示：
(2.5.1.1)
式中β为衰减系数，一般是和距离x的函数。零距离下，P=P0，有此可得大气透射率τ=P/P0=exp(-βx), 该式既可以描述单色辐射下的吸收，也可以描述某吸收波段的吸收(若吸收与波长无关)。设有一束波长为λ和功率P0的单色辐射束，在大气中传播距离R(m)时，其辐射功率变为：
(2.5.1.2)
式中，β（λ）--大气对波长λ辐射的衰减系数， ,(2.5.1.3)
α（λ）为大气对波长的辐射吸收函数，y(λ)为大气对波长的辐射散射系数。
严格来讲，准确计算大气透过率必须考虑大气中每种吸收分子和散射粒子的贡献。吸收系数正比于单位路程上遇到的分子数(分子浓度)，而散射系统除了正比于散射浓度，还需知道各种气体分子在不同吸收带的吸收光谱强度、谱线半宽度和谱线间隔，以及它们随大气压强及温度的变化参数。
2.6大气辐射传输方程
电磁波在大气层中传输时受到大气的吸收、散射等作用会发生衰减作用。大气消光系数是描述这种衰减作用的重要参数。 大气消光系数系指电磁波辐射在大气中传播单位距离时的相对衰减率。描述电磁辐射在散射、吸收介质中传输的基本方程[2]：
(2.6.1)
dI(s)为电磁波辐射经ds后的强度变化值，ρ为物质密度，Kλ表示对辐射波长λ的质量消光截面（以每单位质量的面积为单位）。质量消光截面等于质量吸收截面与质量散射截面之和，因此亦可同证辐射强度的减弱是由物质中的吸收以及物质对辐射的散射所造成的，经积分运算可得电磁波辐射在大气中传输时的衰减方程，即大气辐射传输方程。它描述了辐射能在空间或媒质中传输过程、特性及其规律的数学方程。
上一篇：VC++网络流量监测的设计与实现