第六章-红外辐射在大气中的传输复习进程

其中
hz
KBT
m0Mgz
,如果把h(z)看成常数：
lnpp0zzhzz0
pz pz0 ezhzz0
但h(z)不是常数，是随高度变化的量，称为z处的 标高。我们可以认为在一个不大的范围内，标高近似地 可以看成常数，于是我们就可以利用刚才的压强公式：
pz pz0 ezhzz0
高度 标高 高度 标高 km km km km 0 8.5 40 7.8
大气中的主要吸收气体有水蒸气、二氧化碳、和 臭氧等。
一，水蒸汽
水蒸气在大气的低层中的含量较高，是对红外辐 射传输影响较大的一种大气成分。水蒸气分子对红外 辐射有强烈的选择吸收作用。
1.描述水蒸气含量的一些物理量：
⑴ 水蒸气压强pw : 就是大气中水蒸气的分压强。
⑵ 绝对湿度ρw : 单位体积空气中所含有的水蒸气的质量，单位为
对流层顶10km向上到55公里左右为平流层。 平流层下部温度随高度变化很小（等温层）。 平流层上部因为存在臭氧层(22─35公里处)， 臭氧吸收太阳紫外辐射使大气温度增加。
平流层大气温度下部冷上部热，使大气有相对稳定 的结构。对流很弱，空气大多作水平运动，平流层中水 汽和尘埃很少，也没有对流层中的云和天气现象。
二，大气压强
p d S p z Sz d p z S g
d pzgzdz pdp
zm 0M nz
M ：大气的平均分子量
S
z dz
m 0 ：原子质量单位
根据理想气体物态方程：
pVNKBT
p
nz pz
KBT
d p m 0M nzgzdz
dpm0MK pBzTgzdz
pdzpm 0K M B g Tzd zhd zz
第六章-红外辐射在大气中的传 输
气溶胶的产生和消除
气溶胶按其来源可分为： 一次气溶胶（以微粒形式直接从发生源进入大气） 二次气溶胶（在大气中由一次污染物转化而生成）
气溶胶的消除： 主要靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和 沉降过程。
§6.2 大气的气象条件
一，大气温度
1.对流层 对流层顶的平均高度
10 7.8 50 8.1
20 6.3 60 7.6
30 6.8 70 6.5
三.大气密度
根据理想气体物态方程：
nz pz
KBT
n0
p0 K BT0
（标准状态）
nzn0 pp0zTT0z
z0 pp0 zTT 0z
其中 0 m0M是标准状态下的大气密度。
严格的大气状况应以实际测量值为准。
§6.3 大气中的主要吸收气体
ii)有强烈的垂直混合。低层空气由于从地面得到 热量使之受热上升，高层冷空气下沉，从而造成对流 层内存在强烈的垂直混合作用。
iii)气象要素水平分布不均匀。由于各地纬度和 地表性质的差异，地面上空空气在水平方向上具有不 同物理属性，压、温、湿等要素水平分布不均匀，从 而产生各种天气过程和天气变化。
2.平流层
n0SD0Xnco2xSdx
X
D n0
0
nco2
x dx
n 0 ：二氧化碳在标准状态下的分子数密度。
m0Mn
1
D
0co2
X
0 co2
x dx
根据理想气体物态方程，在标准状态下：p0 n0KBT0
在x点，二氧化碳的分压强也应该满足：
pc2 onc2 o K B Tx
n n c0 2op p c0 2oT T 0 xc2o xp p 0 xT T 0 x
g/m3。也就是水蒸气在空气中的密度。
⑶ 饱和水蒸气压ps :
水蒸气在某一温度下开始发生液化时的压强，称 为水蒸气在该温度下的饱和水蒸气压，也就是饱和状 态下水蒸气的分压强，它只是温度的函数。
⑷ 饱和水蒸气量ρs : 即饱和水蒸气密度，只与温度有关。
⑸ 相对湿度RH :
空气试样中水蒸气的含量和同温度下该空气试样
co2 x ：二氧化碳在x处的分压比，通常取常数
10km，几乎集中了大气 质量的80％以及全部水汽、 云和降水，主要天气现象 和过程如寒潮、台风、雷 雨、闪电等都发生在 这一 层。
温度梯度:7K/km
0到10公里高度温度从300K降至220K。
对流层的主要特征：
i)温度随高度升高而降低。地面能吸收太阳辐射 的短波部分而升温并放出长波辐射，大气通过吸收地 面的长波辐射和通过对流方式从地面吸收热量升温， 因而越接近地面的大气得到的热量越多，造成对流层 的气温随高度升高而降低。
x
X
wx
dx
如果水蒸气在辐射传播路径上是均匀的：W w X 水
可凝结水量不能和水等同看待，也不包含已经凝 结的水滴 。
3，水蒸气的分布
几乎所有的水蒸气 都分布在对流层，在大 气底层，红外吸收水蒸 气占主导地位。
不同时间、不同地 区水蒸气的含量差别很 大。图中的纵坐标给出 的是单位路程的可凝结 水量。
二. 二氧化碳
二氧化碳在空气中比例比较稳定，约0.033％。 随着高度的增加，水蒸气的含量急剧减少。因此在高
空，水蒸气的吸收退居次要地位，二氧化碳的吸收变
得更重要。
二氧化碳的大气厘米数
二氧化碳对辐射的影响可以用大气厘米数 D 来衡 量，也就是把辐射路经的二氧化碳压缩为具有标准状
态的体积。方法和可凝结水量类似。
达到饱和状态时的水蒸气含量的比值，用百分数表示。
⑹ 露点温度:
RH w pw s ps
露点温度是给定空气试样变成饱和状态时的温度。
2，可凝结水量W
在辐射传播方向上，和辐射束有相同截面、以辐
射传播距离为长度的体积内，所含有的水蒸汽折合成
液态水层的厚度。
水 SW 0XwxSdx
W 1
水
X 0
wxd
等温层温度大约220K
20到55公里高度温度从220 K上升到270K左右。
3.中间层
中间层：55到80公里。大气温度随高度递减，水 汽极少，有相当强的垂直混合（类似于对流层），60 公里以上大气分子开始电离，电离层的底就在中层内。
55到80公里高度温度从270K降至180K左右。
4.热层
这一层温度又随高度升高而增加，因为热层的分子 氧和原子氧能吸收太阳紫外辐射。但由于分子稀少很难 有对流运动，热传导率很小，造成巨大温度梯度和昼夜 温差，白天太阳活动期温度高达2000k，夜间太阳宁 静期仅500k。热层空气处于高度的电离状态。热层上 部由于空气稀薄，大气粒子很少互相碰撞，高速运动的 空气分子可能克服地球引力，向星际空间逃逸，又称逸 散层。