07大气气体吸收损耗
大气吸收损耗
大气吸收损耗是指大气对电磁波的吸收作用导致的信号衰减。
这种衰减主要发生在无线电通信、卫星通信和光学通信等领域。
大气吸收损耗的主要原因是大气中的气体分子、水汽和氧气等对电磁波的吸收。
对于不同频率的电磁波，大气吸收损耗的表现也有所不同。
例如，在无线电通信和卫星通信中，大气吸收损耗主要集中在60GHz附近的氧气吸收谱线；而在红外区域和亚毫米波频段，大气压力造成的氮气衰减以及潮湿天气中过多水汽吸收等因素也会导致较大的损耗。
此外，光纤通信中的光吸收损耗也是一个重要问题。
光纤中的光吸收损耗主要由材料本身的性质和光波的频率决定。
在光纤中，石英光纤的损耗较小，但红外光在光纤中的损耗较大，这是因为红外光的频率较低，不易被光纤材料吸收。
大气辐射与遥感-第三章全-rev
恒定成分 变化成分
在中纬度条件下一 些气体成分混合比 的典型垂直廓线
§ 3.2 分子吸收/发射谱的形成
分子的吸收光谱
假设分子有三个能级态
所有允许的跃迁
分子吸收线在光谱中的位置
分子存储能量的各种方式
平动能量(translational energy)：任一运动粒子，由于他在空 间中的运动都应具有动能，这叫平动能量，单个分子在x, y, z 方向上的平均平动动能等于KT/2，K为玻耳兹曼常数，T是绝 对温度。 转动能量(rotational energy) ：一个由原子构成的分子，能够 围绕通过分子中心的轴而旋转或绕转，于是具有转动能量。
§ 3.2.2振动跃迁
对于一个分子中的两个原子之间的共价键，是由静电 引力和斥力相互平衡而形成的。分子中原子的位置取决于引 力和斥力相平衡的点的位置。分子键类似一个弹簧！
振动能量量子化
振动-转动光谱
• 振动跃迁发射和吸收的能量要比转动跃迁大很多。因此， 振动跃迁相应的吸收/发射线的波长较短（红外、近红 外），而纯的转动跃迁的光谱通常在远红外和微波波段。
§ 3.2.1转动跃迁
平动 转动
平动与转动的区别
1. 平动运动不是量子化的，分子 可以以任意一个速度运动。而 对于分子量级的转动运动，可 以用量子理论量子化，不连续 的能量态、角动量态会导致转 动跃迁，从而造成相应的吸收 和发射线。 2. 任何物体都有唯一的一个质量， 而有三个主转动惯量：I1，I2， I3。这三个主转动惯量对应于 转动的三个垂直坐标，总体的 转动方向有物体的质量分布来 决定。
大气吸收作用
大气吸收作用
大气吸收作用是指太阳辐射穿过大气时受到多种大气成分的吸收，从而导致辐射能量的衰减。
在紫外、红外及微波波段，大气吸收是引起电磁辐射能量衰减的主要原因。
臭氧、二氧化碳和水汽是三种最主要的吸收太阳辐射能量的大气成分。
瑞利散射的强度与波长的四次方成反比，波长越短散射越强。
当大气粒子的直径约等于入射波长时，出现米氏散射。
米氏散射是由大气中的尘埃、花粉、烟雾、水汽等气溶胶引起的，与瑞利散射相比，这种散射通常会影响比可见光更长的红外线波段。
当大气粒子的直径远大于入射波长时，出现无选择性散射。
大气中的水滴、大的尘埃粒子所引起的散射多属无选择性散射。
辐射指的是由场源发出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后不再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。
自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度（-273.15摄氏度）以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。
辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。
物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。
辐射按伦琴 /小时(R)计算。
辐射有一个重要特点，就是它是“对等的”。
不论物体（气体）温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同
时乙也可向甲辐射。
一般普遍将这个名词用在电离辐射。
辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。
大气损耗
ITU-R P.676-6建议书修订草案无线电波在大气气体中的衰减(ITU-R 201/3号研究课题)（1990-1992-1995-1997-1999-2001-2005）国际电联无线电通信全会，考虑到a）评估无线电波在地球表面和倾斜路径由于大气气体造成衰减的必要性，建议1对于一般应用，最高至1000 GHz频率上，应采用附件1中的方法来计算大气气体造成的衰减（MA TLAB中的软件编号见无线电通信局）；21-350 GHz频率范围，应采用附件2中计算强度比较小的方法计算大气气体造成衰减的近似值。
附件 1逐线计算无线电波在大气气体中的衰减1 特征衰减最高至1 000 GHz频率上的无线电波在大气中的特征衰减主要由于干燥空气和水汽所造成。
在任何压力、任何温度和任何湿度下，采用累加氧气和水汽各自谐振线的方法，可以相当准确地计算无线电波在大气气体中的特征衰减。
这一方法同时也考虑了一些其他相对影响较小的因素，如10 GHz以下氧气的非谐振的Debye频谱，100 GHz以上的主要由大气压力造成的氮气衰减和计算实验上发现的过多水汽吸收的潮湿连续带。
下图1给出了在气压1013 hPa、温度15 ℃、水汽密度为7.5 g/m3（曲线A）和水汽密度为0的干燥空气（曲线 B）两种情况下，0-1000 GHz频带的无线电波在大气中的特征衰减（步长为1 GHz）。
图2详细给出了在60 GHz附近频率，在海平面的大气压力作用下，许多氧气吸收线合并形成一个宽的吸收带。
该图也表明：在更高的高度上的氧气衰减，其各线在更低的压力上变得清晰。
附件2中列出了在有限的气象条件下的简化算法，在不需要特别高的准确性时，该方法可以快速和近似地计算最高到350 GHz频率的无线电波在大气中的衰减特性。
图1由于大气气体造成的无线电波的衰减率，以1 G H z 为步长，包括线中心（标准：7.5 g /m 3；干燥：0 g /m 3）图2在50-70 G H z 频带内所示高度区的衰减率（0 k m ，5 k m ，10 k m ，15 k m 和 20 k m ）特征大气衰减值γ的计算方法如下：dB/km )(1820.0f "N f w o =γ+γ=γ （1）其中：γo （单位dB/km ）是干燥空气条件下的特征衰减（仅指氧气条件下，由于大气压力造成的氮和非谐振Debye 衰减）。
大气吸收与散射损耗预测模型
第12章 大气吸收与散射损耗预测模型本章研究无线电波在对流层晴空大气中传播时的损耗。
晴空大气的一个重要传播效应是，大气中的水汽和氧气会吸收无线电波的能量，引起无线电波场强和能量的衰减。
在更高的频率，还有二氧化碳等其它气体也会对电磁波的能量产生吸收。
大气吸收现象主要发生在10GHz 以上的频段。
大气吸收的理论性分析可参考本书的第七章或书[1]。
对流层晴空大气的另一个重要传播效应是，大气中的湍流不均匀体对无线电波的散射。
大气湍流散射效应，既是一种有效的无线电通信手段，也是引起无线电干扰的有害因素。
无论在超短波还是微波频段，对流层湍流散射均可发生。
对流层湍流散射的详细论述可参考专著[4]。
12.1 地面电路大气吸收模型从量子力学的观点来看，电磁波是由光粒子组成的，光子具有固定的能量（普朗克常数与频率的乘积）。
当电磁波在大气中传播时，气体的分子吸收电磁波光子的能量，实现了其分子内能能级的跃迁，而电波能量则遭受衰减。
氧气的主要吸收谱线位于60GHz 、118.75GHz 和368.5GHz 。
而水汽的吸收谱线则位于22.235GHz 、183.310GHz 和325.153GHz 。
在气体分子吸收谱线的频率上，无线电波的能量会被强烈地衰减，这对地面和地空通信是非常不利的；但是，对于卫星间的通信却可以使用这些频率，因为在高空气体分子密度非常稀薄，气体吸收引起的损耗自然就很小，而且由于低层大气对这些频率的电波有很强烈的衰减，利用这些频率的卫星间通信就不会干扰地面的通信业务。
首先，我们需要计算无线电波在大气中每通过单位距离时被衰减的分贝数，即大气对无线电波的衰减率。
然后沿传播路径对衰减率进行积分便可得到该电路上大气衰减的总效果。
为此，在工程实践上，可以采用ITU-Rec.P.676-4大气气体衰减模型[2]，该模型也被国家标准GB/T 14617.3—93“陆地移动业务和固定业务传播特性”[5]所采用。
在地面电路上，氧气和水汽对电波的吸收损耗可以表示为[2]：()[]d L w o a ργγ+= (12.1)⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧<<⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++-+⨯<⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+++⨯=---- GHz 350 GHz 63,10)198(47.1)118(028.059.1)633(265.01079.357,1050.1)57(81.4227.06091019.73222732223f f f f f GHz f f f f o γ （12.2）()()()GHz 350 103.264.3259.80.93.1836.105.82.226.30021.0050.04222<⨯⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫+-++-++-++=-f f f f f w ，ρργ(12.3)以上三式中，a L ——大气气体（氧气和水汽）吸收损耗，dB ；o γ——氧气吸收率，dB/km ； w γ——水汽吸收率，dB/km ； d ——干扰信号传播路径距离，km ；f ——频率，GHz ；ρ——水汽密度，g/m 3。
毫米波RCS测量大气吸收衰减修正方法研究
毫米波RCS测量大气吸收衰减修正方法研究文章分析了大气吸收对毫米波测量雷达散射截面（RCS）测量精度的影响。
根据试验场气象参数，建立了毫米波雷达大气吸收衰减工程模型，并对标准金属球实测数据进行了大气吸收衰减修正。
数据处理结果表明，该工程模型简单、可靠，能有效提高外场RCS测量精度。
标签：毫米波；大气吸收；RCS动态测量1 概述在电磁波作用下，大气中氧气和水蒸气分子会吸收电磁波能量而产生能级跃迁，将电磁波能量转变为分子内能，在其固有频率上对电磁波产生吸收衰减[1]。
在毫米波雷达外场RCS动态测量任务中，大气衰减严重，不同气象条件下的毫米波大气衰减存在明显的差异，这种差异严重影响了毫米波RCS测量精度[2]。
为提高RCS测量数据的可靠性，必须对毫米波大气衰减进行修正，以得到目标实际的RCS反射特性。
对流层吸收衰减计算公式复杂，为便于工程应用，提高数据处理效率，建立毫米波吸收衰减工程模型也是亟待解决的问题。
2 大气吸收衰减计算模型2.1 水蒸气吸收系数在0.1～1000GHz频段存在水蒸气分子的选择性吸收谱线，分别由22.235GHz和100GHz以上的谐振引起，对应的吸收系数分别记为？酌22和？酌res。
计算模型[2]-[4]如下：式中，f为频率（GHz），T为大气绝对温度（K）；pw为水蒸气的分压力（torr）；p为大气压力（Hpa）；？籽为水蒸气密度（g/m3），F为谐振线的形状系数。
2.2 氧气吸收系数氧气无固定的电偶极矩，无选择性吸收谱线。
在气压作用下，压致增宽形成中心在60GHz和118.75GHz附近的吸收带。
文章的氧气分子吸收模型考虑了40GHz～140GHz频段内44条氧气吸收谱线的贡献。
氧气吸收系数计算模型[4]如下：式中，C=2.0058。
系数AN由旋转量子数N、谐振线外形系数和非谐振分量共同确定。
2.3 折射分层大气吸收衰减计算模型电磁波在对流层传播过程中产生的总吸收系数为：由于大气是非均匀的，电磁波在大气中传播时折射指数随高度增加而变化。
大气的衰减方式
大气的衰减方式嘿，咱今儿就来说说这大气的衰减方式。
你说这大气啊，就像是个神奇的大舞台，各种光线啊、电磁波啊在上面表演着不同的戏码。
咱先打个比方，这大气就好比是个爱捣蛋的小精灵。
阳光想要直直地照到地面，可这小精灵就不乐意啦，非得出来捣捣乱。
它把一部分光给散射啦，让天空变得蓝蓝的，多好看呀！这就是大气的衰减方式之一呢。
还有啊，那些无线电波啥的，在大气里穿来穿去，也会被衰减呢。
就好像它们在走一条弯弯曲曲的小路，走着走着就没劲儿啦。
你想想看，要是没有大气的衰减，那这世界得变成啥样儿啊？阳光直直地射下来，那不得热死个人呀！而且各种信号都畅通无阻，那岂不是乱套啦？大气的衰减方式其实也挺复杂的，不同的波长、频率的电磁波受到的影响还不一样呢。
就好像不同的人走在同一条路上，有的人跑得快，有的人跑得慢。
咱平时用的手机信号不也会受到大气衰减的影响嘛。
有时候在一些角落里信号就不好，说不定就是大气这个小精灵在捣蛋呢。
再比如说，晚上看星星的时候，那些星星看起来好像一闪一闪的，其实这也和大气的衰减有关系呢。
星光在穿过大气的时候被各种散射、折射，就变得一闪一闪的啦，多有意思呀！大气的衰减方式可不仅仅是这些呢，还有很多很多我们不知道的秘密等待着我们去探索。
这就好像一个巨大的宝藏，我们只找到了一点点，还有好多好多宝贝藏在里面呢。
你说这大气是不是特别神奇？它就像一个默默守护我们的卫士，用它独特的方式影响着我们的生活。
我们可不能小瞧了它呀！所以啊，我们要好好爱护我们的大气，别让它受到太多的污染和破坏。
不然它要是生气了，不好好工作了，那我们可就麻烦啦！我们要和大气这个小精灵好好相处，让它一直为我们的生活增添光彩，不是吗？。
废气量损耗和计算
废气量损耗和计算空气污染一直是我们面临的一个严重问题，而废气排放被认为是造成空气污染的主要原因之一。
废气排放不仅会对环境造成污染，还会对人类健康造成危害。
因此，监测和减少废气排放已经成为我们必须面对的挑战。
废气排放的量取决于许多因素，包括产生废气的设备、燃料的种类、工艺的方式等等。
为了有效监测和减少废气排放，我们需要了解废气排放的损耗和如何计算废气排放的量。
首先，废气排放的损耗可以通过设备和工艺的改进来减少。
比如，优化燃烧设备的设计和操作可以减少废气排放。
此外，采用清洁能源和清洁生产技术也能有效地减少废气排放。
通过这些措施，我们可以降低废气排放的损耗，减少对环境的污染。
其次，计算废气排放的量是监测和减少废气排放的关键。
废气排放的计算通常包括两个部分：废气排放量的估算和废气排放量的测量。
废气排放量的估算是通过对设备、燃料和工艺等因素进行分析和计算来确定废气排放的量。
而废气排放量的测量则是通过使用专业的监测设备和方法来准确地测量废气排放的量。
在计算废气排放量时，需要考虑废气排放的组成和浓度。
废气排放通常包括多种污染物，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等。
不同的污染物对环境和人类健康的影响也不同，因此在计算废气排放量时需要对不同污染物进行单独的监测和测量。
除了废气排放量的计算，我们还需要考虑废气排放的控制和治理。
废气排放的控制可以通过使用污染物减排技术和设备来减少废气排放。
而废气排放的治理则需要采取相应的措施来清除和处理废气中的污染物，以减少其对环境和人类健康的影响。
在面对废气排放问题时，我们不能只关注废气排放的量，还需要关注如何减少废气排放的损耗和如何有效地计算和监测废气排放的量。
只有通过全面地监测和减少废气排放，我们才能更好地保护环境和人类健康，建设一个更加清洁和美好的未来。
废气量损耗和计算
废气量损耗和计算
废气量损耗和计算方法如下：
依据物质不灭定律，一种产品生产过程中投入一种物料i的总量Mi，等于经过工艺过程进入产品中的量Pi、回收的量 Ri、转化为副产品的量Bi和进入废水、废气、废渣中成为污染物的量Wi之和。
以柴油机排放废气中污染物的测算为例：用Beckman气体分析仪对柴油机工况测定，得出每马力小时耗柴油175g，产生烃类4.08g。
柴油机运转过程中排入大气的烃类量可用下式计算：
$Q=4.08\times m\div175$
式中，$Q$——年排入大气的烃类总量（t）；$m$——柴油机年耗柴油总量（t）。
同理，可计算出CO和NOx的排放量。
废气量损耗的计算需要根据具体情况选择合适的计算方法，如果你需要计算其他类型的废气量损耗，可以提供更多背景信息，以便我更好地为你解答。
大气衰减
amax (m)
3
2 0.6 3000 2000 6000 15 7 3.5 5.5
气溶胶类型 海上或岸边的气溶胶
大陆性气溶胶 高空或平流层的气溶胶
小雨或中雨 大雨
含有大量小颗粒的冰雹 积云或层云、雾 有色环的云 贝母云
太阳周围的双层或三层环的云
二. 大气湍流效应
通常大气是一种均匀混合的单一气态流体，其运动形 式分为层流运动和湍流运动。
是m-1/3。
大气湍流折射率的统计特性直接影响激光束的传输特性， 通常用折射率结构常数Ci的数值大小表征湍流强度，即 弱湍流：Cn =810-9m-1/3，中等湍流： Cn =410-8m-1/3 ， 强湍流： Cn =510-7m-1/3
1、 大气闪烁
光束强度在时间和空间上随机起伏，光强 忽大忽小，即所谓光束强度闪烁。
表2-2 霾、云和降水天气的物理参数
天气类型
霾M 霾L 霾H 雨M 雨L 冰雹H 积云C.1 云C.2 云C.3 云C.4
N (cm-3) 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 1000 m-3
10 m-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3
大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3， Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但其 大气中的含量甚微，一般不考虑其吸收作用。只是在高空处， 其它衰减因素都很弱时，才考虑它们吸收作用。
H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的 振动-转动及纯振动结构，是可见光和近红外区最重要的吸 收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主 要吸收谱线的中心波长如表2-1所示。
种或多种物理性质不同的介质交界面（在该处ε、μ
大气损耗
ITU-R P.676-6建议书修订草案无线电波在大气气体中的衰减(ITU-R 201/3号研究课题)（1990-1992-1995-1997-1999-2001-2005）国际电联无线电通信全会，考虑到a）评估无线电波在地球表面和倾斜路径由于大气气体造成衰减的必要性，建议1对于一般应用，最高至1000 GHz频率上，应采用附件1中的方法来计算大气气体造成的衰减（MA TLAB中的软件编号见无线电通信局）；21-350 GHz频率范围，应采用附件2中计算强度比较小的方法计算大气气体造成衰减的近似值。
附件 1逐线计算无线电波在大气气体中的衰减1 特征衰减最高至1 000 GHz频率上的无线电波在大气中的特征衰减主要由于干燥空气和水汽所造成。
在任何压力、任何温度和任何湿度下，采用累加氧气和水汽各自谐振线的方法，可以相当准确地计算无线电波在大气气体中的特征衰减。
这一方法同时也考虑了一些其他相对影响较小的因素，如10 GHz以下氧气的非谐振的Debye频谱，100 GHz以上的主要由大气压力造成的氮气衰减和计算实验上发现的过多水汽吸收的潮湿连续带。
下图1给出了在气压1013 hPa、温度15 ℃、水汽密度为7.5 g/m3（曲线A）和水汽密度为0的干燥空气（曲线 B）两种情况下，0-1000 GHz频带的无线电波在大气中的特征衰减（步长为1 GHz）。
图2详细给出了在60 GHz附近频率，在海平面的大气压力作用下，许多氧气吸收线合并形成一个宽的吸收带。
该图也表明：在更高的高度上的氧气衰减，其各线在更低的压力上变得清晰。
附件2中列出了在有限的气象条件下的简化算法，在不需要特别高的准确性时，该方法可以快速和近似地计算最高到350 GHz频率的无线电波在大气中的衰减特性。
图1由于大气气体造成的无线电波的衰减率，以1 G H z 为步长，包括线中心（标准：7.5 g /m 3；干燥：0 g /m 3）图2在50-70 G H z 频带内所示高度区的衰减率（0 k m ，5 k m ，10 k m ，15 k m 和 20 k m ）特征大气衰减值γ的计算方法如下：dB/km )(1820.0f "N f w o =γ+γ=γ （1）其中：γo （单位dB/km ）是干燥空气条件下的特征衰减（仅指氧气条件下，由于大气压力造成的氮和非谐振Debye 衰减）。
电磁波在传播中的大气气体吸收衰减薛成斌
电磁波在传播中的大气气体吸收衰减薛成斌发布时间：2023-06-24T01:52:34.717Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：薛成斌[导读] 电磁波在传播过程中会受到大气气体吸收衰减的影响，这是由于大气分子中的自由电子和极化效应导致的。
大气气体的吸收率与电磁波的频率相关，高频电磁波比低频电磁波更易被大气气体吸收。
在可见光范围内，大气气体主要吸收紫外线和红外线，而对于无线电信号等高频电磁波来说，水汽、氧气和二氧化碳是吸收的主要因素。
其中，水汽对微波信号的吸收最强，尤其是在雨天或雾天时，会严重影响无线电信号的传输距离和质量。
而在较高频率的毫米波段，氧气和二氧化碳则是主要的吸收因素。
这也是为什么毫米波通信需要更密集的基站布设以保证信号的稳定性和可靠性。
针对大气气体吸收衰减的影响，在实际的通信应用中可以采取一些措施，例如选择合适的频段、增加信号功率、优化天线设计等。
同时，也可以通过使用通信卫星等技术来规避大气气体吸收衰减对信号传输的影响。
中国电子科技集团公司第二十二研究所重庆 404100摘要：电磁波在传播过程中会受到大气气体吸收衰减的影响，这是由于大气分子中的自由电子和极化效应导致的。
大气气体的吸收率与电磁波的频率相关，高频电磁波比低频电磁波更易被大气气体吸收。
在可见光范围内，大气气体主要吸收紫外线和红外线，而对于无线电信号等高频电磁波来说，水汽、氧气和二氧化碳是吸收的主要因素。
其中，水汽对微波信号的吸收最强，尤其是在雨天或雾天时，会严重影响无线电信号的传输距离和质量。
而在较高频率的毫米波段，氧气和二氧化碳则是主要的吸收因素。
这也是为什么毫米波通信需要更密集的基站布设以保证信号的稳定性和可靠性。
针对大气气体吸收衰减的影响，在实际的通信应用中可以采取一些措施，例如选择合适的频段、增加信号功率、优化天线设计等。
同时，也可以通过使用通信卫星等技术来规避大气气体吸收衰减对信号传输的影响。
关键词：电磁波；传播；大气；气体一、引言电磁波是一种具有波动性质和电磁性质的物理现象，其在自由空间中传播时会受到各种因素的影响。
大气的吸收作用与大气窗汇总
大气的吸收作用与大气窗
大气对电磁波的吸收
根据电磁场与单分子的相互作用的理论，一个孤立 分子总的内部能量ε由三类能态组成 ，ε=εe+ εv + εr (εe 是电子能量, εv是振动能量, εr是转动能量。) 当从低（或高）能态到高（或低）能态跃迁时，吸 收（或发射）光量子的事件同时发生。吸收（或发射） 量子的频率f由玻尔公式决定:
水蒸汽的吸收系数是频率的函数。
大气透射率
指通过大气（或某气层）后的辐射强度与入射前辐射 强度之比。
二氧化碳（CO2）和水蒸汽（H2O）浓度对红外波段的 大气透射率影响最大，造成大气的温室效应。
按下列顺序递减：冬天亚北极区、冬天中纬度地区、 夏天亚北极区、夏天中纬度地区、热带地区。一般地 说，大气对于太阳入射辐射是比较透明的，对于地球 发出的红外辐射不太透明。
大气中分子会吸收特定一些频率的电磁波。
分波段说明
微波波段
可见光和红外波段
大气空气分子与气溶
胶主要对电磁波进行 散射，对微波的吸收 作用可以忽略不计。 云和雨对微波吸收作 用显著
尘埃和气溶胶的散射 空气分子和云雨的吸收
在大气的各种成分中氧气和水蒸气的波普呈现明 显的吸收带，二氧化碳和臭氧也存在明显的吸收带， 因为成分太少不做讨论。
氧气对电磁波的吸收
氧分子存在未配对电子，是顺磁性物质具有恒磁矩。 在与电磁场相互作用时，分子的核磁矩在按磁场方向 进行排列时，吸收并辐射微波波段的电磁波。电磁波 能量满足能级跃迁条件是吸收电磁波。
在60GHz（对应波长0.5cm）、75 GHz和118.8GHz（对 应波长0.25cm）附近会产生许多分离的谱线。人们称 这些分离的谱线对应的频率带为气体吸收带, 在近红外和可见光波段，氧分子有中心在1.2683μm、 1.0674μm、0.7620μm、0.6901μm以及0.6313μm的吸 收带；在紫外光波段，氧分子还有许多强吸收带。
呼吸损耗名词解释
呼吸损耗名词解释
呼吸损耗：
分为小呼吸损耗和大呼吸损耗。
（1）小呼吸损耗：指容器内气体空间温度变化而产生的损耗。
当油罐在没有收发作业时，油罐体受太阳光的辐射和周围天气温度上升影响，罐主体温度升高，罐内气体空间温度与油品温度也升高，导至油蒸气大量蒸发。
油罐内气体空间压力不断增加，上升的温度也使油气压强升高，当增大到一定值时混合气体顶开呼吸阀排到大气中，寻找压力平衡。
当排气后，压强减小，呼吸阀关闭，如果温度还在上升，这样的排气过程还将重复。
从日出到下午三点油罐是向外排气阶段，这时呼吸阀是跳动着工作的。
（2）大呼吸损耗：指油罐在收油、发油作业时，罐内气体空间体积改变而产生的损耗。
原因及过程：
油罐收油时，油面升高，压缩上部的气体，使气体压力升高，当压强增大到一定值时，顶开呼吸阀，使罐内混分气体排出罐外。
一般收进多少体积的油品，就要排出大致相同体积的混合气体。
油罐发油时，油面下降，气体空间压力下降，压强减少，当降到一定值时，罐外大气压强冲开真空阀，大量新空气收入罐内，补充油面下降而增大的空间体积，吸入的大量空气使罐内油蒸气的浓度降至很低，这样又加剧了油品的蒸发。
ku波段 大气损耗
ku波段大气损耗
大气损耗是指电波在传播过程中，由于大气分子的散射和吸收而产生的能量损失。
对于Ku波段（12-18 GHz）的电磁波，大气损耗主要来自于雨滴散射和气体吸收。
在Ku波段，大气中的水汽会对电磁波产生明显的散射和吸收作用。
其中，主要的损耗机制有：
1. 雨滴散射：当电磁波与雨滴相互作用时，会发生散射现象，导致部分能量改变方向并离开传播路径。
这种散射会导致信号衰减和传播路径的损失。
2. 水汽吸收：大气中的水汽分子对电磁波具有吸收特性，尤其在Ku波段，水汽对电磁波有较强的吸收能力。
水汽分子吸收电磁波的能量会导致信号衰减和传播路径的损失。
此外，大气中的其他气体分子，如氧气和氮气，也会对电磁波产生一定的吸收作用，但相对于水汽，它们对Ku波段的损耗较小。
总之，Ku波段的大气损耗主要来自雨滴散射和水汽吸收，这些损耗会导致电波在传播过程中的衰减和路径的能量损失。
在Ku波段通信系统设计和传播计算中，需要考虑和补偿这些大气损耗，以确保有效的信号传输和通信质量。
易挥发有机气体的呼吸耗损计算固定顶储罐浮顶罐的计算方法
易挥发有机气体的计算（固定顶储罐、浮顶罐呼吸损耗的计算方法）诸位：这是一篇关于固定顶储罐储存有机液体时所产生的呼吸损耗的计算方法（依据美国的研究成果），特提供给大家参考，如有做化工类的或加油站（库）项目环评时可套用.1、储存有机液体的基本罐型有固定顶罐、浮顶罐、可变蒸气空间罐和压力罐等五种，而固定顶罐是一种最普通的罐型，在国内最常被使用，是储存有机液体的普通罐型，一般认为是最低的接受水平，特别是在加油站和石油库用于储存汽油和柴油。
典型的固定顶罐由带有永久性附加罐顶的园筒钢壳组成，具罐顶可以有锥形、园拱顶形到平顶的不同设计。
固定顶罐一般装有压力和排气口，它使储罐能在极低或真空下操作，压力和真空阀仅在温度、压力或液面变化微小的情况下阻止蒸气释放。
固定顶罐的主要是呼吸排放和工作排放等两种排放方式。
2.排放量计算2.1 呼吸排放呼吸排放是由于温度和大气压力的变化引起蒸气的膨胀和收缩而产生的蒸气排出，它出现在罐内液面无任何变化的情况，是非人为干扰的自然排放方式。
固定顶罐的呼吸排放可用下式估算其污染物的排放量：LB=0.191XM（P/（100910-P））A0.68XD A1.73XH A0.51X△T A0.45XFPXCXKC式中：LB一固定顶罐的呼吸排放量（Kg/a）;M一储罐内蒸气的分子量；P一在大量液体状态下，真实的蒸气压力（Pa）;D一罐的直径（项；H一平均蒸气空间高度（M;△T一一天之内的平均温度差（C）；F-涂层因子（无量纲），根据油漆状况取值在1~1.5之间；C一用于小直径罐的调节因子（无量纲）；直径在0~9m之间的罐体，C=1-0.0123（D-9）A2;罐径大于9m的C=1;KC-产品因子（石油原油KC取0.65,其他的有机液体取1.0）2.2 工作排放工作排放是由于人为的装料与卸料而产生的损失。
因装料的结果，罐内压力超过释放压力时，蒸气从罐内压出；而卸料损失发生于液面排出，空气被抽入罐体内，因空气变成有机蒸气饱和的气体而膨胀，因而超过蒸气空间容纳的能力。
大气衰减效应
大气衰减效应是指电磁波在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水汽、悬浮微粒等对电磁波的吸收和散射作用，导致电磁波能量衰减的现象。
这种衰减效应会影响无线电信号的传输质量和距离，尤其是在高频段和恶劣天气条件下，衰减效应更为明显。
为了减少大气衰减效应对无线电通信的影响，可以采取以下措施：
1. 选择合适的频率：在无线电通信中，选择合适的频率可以减少大气衰减效应的影响。
一般来说，频率越高，衰减效应越明显。
因此，在选择频率时，应该尽量选择较低的频率。
2. 增加发射功率：通过增加发射机的功率，可以弥补信号在传播过程中因大气衰减而造成的能量损失，从而提高通信质量。
3. 改进天线设计：通过改进天线设计，可以提高天线的增益和方向性，减少信号在传播过程中的损耗，从而提高通信质量。
4. 选择合适的传播方式：在无线电通信中，可以选择不同的传播方式来减少大气衰减效应的影响。
例如，通过选择地波传播方式或者采用多重反射传播方式来避开大气层对信号的衰减。
总之，在无线电通信中，了解大气衰减效应的影响及采取相应的措施是提高通信质量的关键。
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第7章大气气体吸收损耗无线电波在地球大气中传播时，除通常的所谓自由空间扩散损耗之外，大气气体的分子还会吸收无线电波的能量，致使到达接收点的无线电信号产生额外的衰减。
我们把这种现象称之为大气吸收。
这种吸收在频率上是有选择性的，不同的大气气体成份具有不同的吸收和辐射谱线。
本章主要讨论氧气和水汽对无线电波能量的吸收与衰减。
7.1 大气成份组成地球大气的气体通常分为两种类型，一种是在大气中所占百分比例相对稳定的永久性气体，另一种是所占百分比例会随时间和地点发生变化的可变性气体。
永久性气体的主要成份有氮、氧、氩，永久性气体占大气总量的99.97%。
另外，由于大气不停的运动，永久性气体成份在大气总量中各自所占的比例直到90公里的高度上都保持一致。
可变性气体主要有二氧化碳、水汽、臭氧，它们所占比例虽然很低，但并不是不重要。
各种气体成份在大气总量中所占的百分比例如表7.1所示[]。
表7.1大气气体成份类别气体成份分子量体积百分比,%永久性气体氮,N2 28.134 78.084 氧,O231.9988 20.948 氩,Ar39.948 0.934 氖,Ne20.183 18.18×10－4 氦,He 4.003 5.2×10－4氪,Kr83.80 1.1×10－4氙,Xe131.30 0.09×10－4氢,H2 2.016 0.5×10－4甲烷,CH417.034 2.0×10－4可变性气体二氧化碳，CO2 44.01 320×10－4臭氧，O3 47.998地面：0～0.07×10－420～30km：1×10－4～3×10－4水汽，H2O 18.15 0～2水汽主要存在于贴近地面的低层大气。
水汽所占比例随季节和地区有很大的差别，但其含量一般不会超过大气总量的4％。
在海洋和低纬度地区，在夏天，空气中的水汽含量很高；在远离水源的高纬度地区，在干旱沙漠地区，在冬天，大气中的水汽含量就很少。
7.2 大气吸收的物理过程从量子力学的观点来看，电磁波是由光粒子组成的物质，光子具有固定的能量f h W =，其中34106263.6-⨯=h 焦耳·秒，称为普朗克常数，f 为电磁波的频率。
当电磁波在大气中传播时，大气气体的分子吸收电磁波光子的能量，实现了分子内能能级的向上跃迁，而电磁波则损失了光子及其能量。
相反，当气体分子的内能从高能级跃迁到低能级时，气体会向外辐射电磁波。
所以，大气气体的吸收和辐射是其能量交换的两个相反过程。
而且，事实上，基尔霍夫定律表明，物体的辐射能力等于其吸收能力，所以，可以认为有怎样的辐射能力就有怎样的吸收能力。
如图7.1所示，在1000GHz 以下频率，主要是大气中的氧气和水汽能够吸收电磁波的能量。
而且这种吸收具有明显的频率选择性，氧气在60GHZ 和118.75GHz 频率具有两条强烈的吸收谱线，而水汽则在22.235GHz 、183.310GHz 和325.153GHz 三个频率上具有强烈的吸收谱线。
不同的气体具有不同的辐射和吸收谱线，这是因为不同气体要发生内能能级的跃迁需要不同大小的能量。
如果气体能级的跃迁要求较高能量，那末，该气体就能够辐射或吸收较高频率的光子，即较高频率的电磁波；相反，如果气体只需要较低能量就能够发生分子内能能级的跃迁，那末，该气体就只能够发射和吸收较低频率的光子或电磁波。
但是，一种气体不仅是在单一的频率上能够辐射和吸收电磁波，它可以有多个辐射和吸收频谱，这是因为，一种气体可以具有多种内能形式，不同的内能形式的能级跃迁要求不同的能量大小，也就是说，气体可以辐射和吸收不同频率的光子和不同频率的电磁波，但是谱线是有限的，谱线的数量取决定分子内能形式的数量和能级跃迁方式的数量。
当然，所谓的吸收谱线实际上是个频带，均具有相当的频带宽度，而且谱线的尾翼可以远离谱线的吸收频率。
谱线的宽度主要由几个物理过程形成的。
一是气体的辐射或吸收光子的过程需要持续一定的时间，如同脉冲辐射的过程，脉冲持续时间越短，则其占用的频谱将越宽，这种物理原因形成的谱线宽度被称为固有宽度。
二是所谓的多普勒增宽（热增宽）。
我们知道，运动的物体发射电磁波时，会出现所谓的多普勒频移现象，即接收到的频率要偏离发射的原有频率，这种频率偏离正比于分子运动的速度。
气体的分子总是处于不停的热运动中，分子可以随机地具有不同的速度，分子的速度服从麦克斯韦分布。
所以具有不同速度的分子，其辐射的多普勒频移是不一样的，以致产生谱线的一定增宽。
气体分子的运动速度决定于气体的温度，温度越高，分子运动速度越大，多普勒频移越宽。
从这里我们也可以看到了气体辐射和吸收频谱与温度的关系，所以这种增宽也被称为热增宽。
同时从分子速度服从麦克斯韦分布的规律，我们也可以知道频率，GHz大气气体吸收衰减率，d B / k mA ：全球平均参考大气图7.1 大气气体吸收衰减率[2]这种增宽的谱线形状因子是高斯正态型的。
三是所谓的碰撞增宽（压强增宽）。
气体分子总是处于运动之中，分子与分子或与其它核素之间就有可能发生相互碰撞，这种碰撞会扰乱甚至阻止从一种能级从另一种能级的跃迁过程，因此跃迁过程的持续时间就要被缩短，从而使谱线增宽。
压强越高，分子运动的速度就越大，分子自由程（两次碰撞之间分子走过的路程长度）越小，碰撞的次数和可能性就越高，所以碰撞增宽随压强的增加而增加，故碰撞增宽又称为压强增宽。
在远离中心频率的地方，碰撞增宽频谱形状因子的降低比多普勒增宽频谱形状因子的降低要慢得多，所以，在谱线附近，固有增宽和多普勒增宽（热增宽）是占优势的，而在谱线的远端两翼，碰撞增宽（压力增宽）是重要的。
实际的气体分子的辐射和吸收频谱是多条谱线、多种增宽效应叠加的总效果。
图7.2表明了350GHz 以下频率水汽、干燥空气和大气总的吸收损耗率与频率的关系。
对于350GHz 以上频率，大气气体的吸收衰减很严重，则大大地限制了这些频段的使用。
7.3 氧气吸收对于1000Ghz 以下频率，氧气具有44条主要的谱线，主要集中在60GHz 附近，将这些谱线的吸收衰减率线性相加，并考虑到亚毫米波频段和红外区域强度极高的那些谱线的影响以及连续谱的影响，便可以得到氧气的吸收损耗率。
氧气的吸收损耗率（dB/km ）可以写为：)(1820.0'f N f w O =γ （7.1）频率，GHz图7.2 大气气体吸收衰减率[2] 大气气体吸收衰减率，d B / k m地面气压：1013 hpa 地面气温：15℃水汽干燥空气水汽干燥空气总衰减率表7.2 氧气衰减率的谱线参数[2]其中，f 为频率，以GHz 计；()f N O '为水汽折射率的虚部：()()∑=+=301"'i O i i Of N F S f N （7.2）()[]ββ-⨯=-1exp 102371i i i a p a S （7.3）T300=β （7.4） ()()()()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∆+++-∆+∆+---∆=2222f f f f f f f f f f f f f f F i i i i ii δδ （7.5） ()ββe p a f i a i 1.110)8.0(434+⨯=∆-- （7.6）()8.046510ββδp a a i i -⨯+= （7.7）()()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⨯-⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=---5.15.1512252"102.11104.111014.6ββp f d f d p f f N d（7.8） ()βe p d 1.16.54+⨯=- （7.9）其中，求和对表7.2所列的44条谱线i f 进行，i S 为谱线的强度，i F 为谱线的形状因子，()f N w "为连续谱的修正项，d 为德拜谱的谱宽度参数；p 为干燥空气的压强，以百帕计；e 为水汽压强，以百帕计；T 为温度，以K 计。
其它参数1i a ～6i a 见表7.2所示。
7.4 水汽吸收对于1000Ghz 以下频率，水汽具有30条主要的谱线，将这些谱线的吸收衰减率线性相加，并考虑到亚毫米波频段和红外区域强度极高的那些谱线的影响以及连续谱的影响，便可以得到水汽的吸收损耗率。
水汽的吸收损耗率（dB/km ）可以写为)(1820.0'f N f w w =γ （7.10）其中，f 为频率，以GHz 计；()f N w '为水汽折射率的虚部：()()∑=+=301"'i w i i wf N F S f N （7.11）()[]ββ-⨯=-1exp 1025.311i i i b e b S （7.12）T300=β （7.13）()()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∆++∆+∆+-∆=2222f f f ff f f f f f F i i ii （7.14） ()6454310i i b i b i e b p b f ββ+⨯=∆- （7.15）()()3735.7"10113.057.3βββe e e f f N w-+= （7.16） 表7.3 水汽衰减率的频谱参数[1]其中，求和对表7.3所列的30条谱线进行，i S 为谱线的强度，i F 为谱线的形状因子，()f N w "为连续谱的修正项；p 为干燥空气的压强，以百帕计；e 为水汽压强，以百帕计；T 为温度，以K 计。
其它参数1i b ～6i b 见表7.3所示。
参考文献[1] Xie Yixi, J. Lavergnat, J. P. S. Mon, M. Sylvain and Jin Huiqun, Microwave and millimeter wave propagation, Chapter 13 Absorption by atmospherical gases, International Academic publishers, 1995.[2] ITU-R, Attenuation by atmospheric gases, ITU-R , 2003.[3] CCIR, Attenuation by atmospheric gases, CCIR Rep.919-2, ITU, Geneva, 1986.[4] E. J. McCartney, Absorption and emission by atmospherical gases, John Willey ＆Sons, 1983.。