红外辐射在大气中的传输
大气遥感第五章：大气中的热红外辐射传输
空间分辨率 (水平/垂直)
视 场 瞬时视角
(度)
mrad
AIRS大气红外探测仪 EOS(美国) 2300;6 3.74-15.4 13.5km-1km 49.5
1.1
用途 大气温度湿度
ASTER高级空间热辐射 热反射探测器
ATSR纵向扫描辐射仪
EOS (美国)
ERS-1 (欧空局)
14
2 (MWR)
ASTER模拟仪器
美国
20
8-12
始于1991年 65或104 2或5.0
云,陆地测量
CIS中国成像光谱仪
DAIS-7915数值式 航空成像光谱仪 DAIS-16115数值式 航空成像光谱仪 GER-63通道扫描仪
ISM红外成像光谱仪
中国 美国 美国 美国 法国
1
3.53-3.94
始于1993年
80
大气不仅是削弱热红外辐射的介质，而且它本身也发射热红外 辐射，有时甚至发射的辐射会超出吸收的部分。
总之，热红外辐射在大气中的传输，是一种漫射辐射在无散射 但有吸收又有发射的介质中的传输。
热红外光谱和温室效应
➢ 地气系统维持辐射平衡状态，吸收太阳辐射的同 时，也向太空发射辐射，地气系统发射的辐射称 为热红外辐射。由能量守恒原理，令 表示地
热红外遥感系统
热红外遥感在海面温度、陆面温度、大气温度、大气 水汽、云顶温度的遥测中具有无可替代的地位。热红外遥 感传感器的发展十分迅速，现在使用和即将投入使用的热 红外传感器达几十种之多。我们把主要的热红外传感器的 有关信息列于下表。
传感器
现在及将来地球观测计划红外传感器概览(星载部分)
卫星/计划 波段数 光谱范围
态分辨仪
大气湍流对红外的影响_概述及解释说明
大气湍流对红外的影响概述及解释说明1. 引言1.1 概述大气湍流是指大气中存在的一种不规则、无序而且具有随机性的气体运动现象，其对红外辐射的传输产生了重要影响。
红外辐射在军事、航空航天、气象等领域应用广泛，因此了解大气湍流对红外辐射传输的影响机制对于优化红外成像系统的设计和提高其性能至关重要。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对大气湍流对红外辐射的影响进行深入研究。
首先，我们将介绍大气湍流概念及其特征，并讨论导致湍流形成的因素。
接着，我们将探讨红外辐射的基本特性以及在不同波长区域和应用领域中所具有的潜力。
然后，我们将说明红外传感器工作原理以及其在红外成像系统中的应用。
通过以上内容的铺垫，我们将详细介绍目前关于大气湍流对红外辐射影响机制研究的最新进展，包括温度涨落效应、折射率涨落效应以及散焦与模糊效应等方面，并总结当前存在的挑战和问题。
最后，我们将对现有解决方案进行分析并评估其优缺点，并展望未来研究方向和发展趋势。
1.3 目的本文旨在全面概述大气湍流对红外辐射的影响，并深入解释其影响机制。
通过对国内外相关研究成果的综述和分析，可以为红外成像系统的设计和性能提升提供参考，并为未来相关研究提出新的创新思路和方向。
2. 大气湍流概述:2.1 定义与特征:大气湍流是指在大气层中存在的一种不规则运动现象，具有随机性和不可预测性。
它是由于大气中温度、湿度、风向等因素的变化引起的。
大气湍流通常表现为空气的快速混合和乱流运动，导致空间和时间上的非均匀性。
大气湍流具有以下主要特征：- 无规则性: 大气湍流运动没有明确的周期性或规律性，其运动模式会不断变化。
- 尺度范围广: 大气湍流可以出现在非常小的尺度（例如微观颗粒周围）到非常大的尺度（例如行星尺度）之间。
- 能量耗散: 大气湍流会使空气能量从大尺度逐渐转移到小尺度，并最终以热能形式耗散掉。
2.2 影响因素:多个因素会影响大气湍流的生成和发展，其中包括：- 空间和时间上的温度差异: 温度差异会导致空气密度不均匀，从而产生湍流运动。
红外辐射度学基础概述
通过使用扫描仪对目标物体进行扫描，并记录每 个点的红外辐射强度。这种方法可以用于大面积 的目标物体测量。
遥感测量法
通过使用卫星或飞机搭载的红外探测器对地球表 面进行遥感测量，可以获取大面积的红外辐射数 据。
红外辐射测量的误差分析
探测器误差
01
由于探测器的响应特性、噪声和稳定性等因素，可能导致测量
详细描述
一切温度高于绝对零度的物体都会产生热辐射，其中红外辐射占据主要部分。物体的温度越高，其发射的红外辐 射的能量越大，波长越短。红外辐射在真空中传播速度与光速相同，约为3×10^8米/秒。在非真空环境中，红外 辐射可以穿透某些介质，如大气、烟雾等，传播距离受到介质特性的影响。
02 红外辐射度量学基础
红外辐射度学基础概述
目录
• 红外辐射的基本概念 • 红外辐射度量学基础 • 红外辐射的探测与测量 • 红外辐射的应用领域 • 红外辐射度学的未来发展
01 红外辐射的基本概念
红外辐射的定义
总结词
红外辐射是指波长介于可见光和微波 之间的电磁波，通常在0.75~1000μm 的波长范围内。
详细描述
红外辐射是电磁波的一种，其波长比 可见光长，比微波短。它不能被人眼 直接观察到，但可以通过特定的传感 器进行检测和测量。
大气污染监测
通过检测大气中污染物的红外光谱特征，分析污染物的种类和浓 度。
气候变化研究
利用卫星遥感技术监测地球表面温度和大气成分的红外辐射特征， 研究气候变化规律。
生物多样性保护
通过红外相机监测野生动物的活动和种群分布，为生物多样性保 护提供科学依据。
05 红外辐射度学的未来发展
新型红外探测技术的发展趋势
光子探测器
简述大气热红外辐射传输方程
简述大气热红外辐射传输方程大气热红外辐射传输方程是研究大气中红外辐射传输规律的重要方程。
通过解析和解决该方程，可以更准确地理解和描述大气中红外辐射的传输行为，进而提高气象预报和遥感应用的精度和可靠性。
大气热红外辐射传输方程描述了大气中红外辐射的传输过程。
在大气中，太阳辐射作用下的地表、云、大气分子等物体会发射出红外辐射，这些红外辐射在大气中传输，直到达到地球上的观测点或遥感器。
大气热红外辐射传输方程考虑了多种因素的影响，包括大气的温度、气体成分、湿度、云和颗粒物的分布等。
一般来说，大气热红外辐射传输方程可以表示为以下形式：I = I0 * exp(-τ) + S * [1 - exp(-τ)]其中，I是观测点上接收到的红外辐射强度，I0是地表发射的红外辐射强度，τ是大气的透射系数，S是大气散射引起的反射红外辐射。
大气的透射系数τ可以表示为：τ = τg * τm * τa其中，τg是地表到大气层顶的透射系数，τm是大气层顶到观测点的透射系数，τa是大气成分的透射系数。
大气的透射系数受到大气的吸收、发射、散射等过程的影响。
大气的吸收主要是由水汽、二氧化碳等温室气体引起的，而大气的发射主要是由大气温度引起的。
此外，大气中的云和颗粒物也会引起红外辐射的散射，造成额外的辐射源。
大气热红外辐射的传输方程对气象预报和遥感应用有重要意义。
在气象预报中，了解大气中红外辐射的传输规律，可以帮助预测气温、湿度等大气参数的变化。
在遥感应用中，通过观测红外辐射，并结合大气热红外辐射传输方程，可以反演地表温度、云高度、大气湿度等信息，从而为气象学、地质学等领域的研究提供重要依据。
总之，大气热红外辐射传输方程对于理解和描述大气中红外辐射的传播规律至关重要。
通过解决这一方程，我们可以更准确地预测和分析大气变化，提高气象预报和遥感应用的精确性和可靠性。
这对于气象学、地球科学和环境保护等领域的研究都具有重要意义。
第五章：大气中的热红外辐射传输[精选]
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14
2 (MWR)
8-12
3.7,11.0 12.0
90m/无 1km×1km
AVHRR甚高分辨率 NOAA-11 (美 5
0.58-12.4
1.1km
辐射仪
国)
星下点/无
CERES云和地球
EOS
3
0.3-12.0
21km
辐射能系统
(美国)
星下点/无
HiRDLA高分辨率临界动
EOS
20.4m/无
0.753-11.77 13km/2km
0.5-12.5 78m,156m/无
ISTOK-1红外光谱辐射仪 PRIRODA-1 64
系统
(俄罗斯)
0.4-16.0
0.75-3km/无
LISS-3线形成像自扫描传 IRS-1C/1D
4
感器3型
(印度)
0.52-17.5
23.5m/无
21urad 陆地表面,水和云
dId (,)I(,)B (,)
d I(d , )I(, )B (,)
无散射大气LW辐射传输方程
向上和向下强度的解为
热红外辐射的大气传输方程
（1）地球与大气都是发射红外辐射的辐射源； （2）通过大气中的任一平面射出的都是具有各个方向的漫射辐射； （3）只考虑吸收作用，忽略散射； （4）必须把大气的发射和吸收同时考虑； （5）假定大气是水平均一的。
扫描仪
AT-1(欧)
SR扫描辐射仪
FY-2中国
3
SROM海洋监测 光谱辐射仪
ALMAZ-IB 11 (中/俄)
TMG温室气体 干涉监测仪
VIRS可见光 红外光扫描仪
ADEOS (日本)
远红外的原理
远红外的原理
远红外，是指波长在3-1000微米范围内的红外辐射。
与可见光相比，远红外
波长更长，能够穿透一定的物质，因此在许多领域有着广泛的应用。
那么，远红外的原理是什么呢？
首先，我们来了解一下远红外的产生原理。
远红外辐射是由物体的热运动产生的，当物体的温度高于绝对零度时，分子和原子就会不断地做热运动，这种热运动会产生电磁辐射，其中就包括了远红外波段的辐射。
因此，远红外辐射是与物体的温度密切相关的，温度越高，产生的远红外辐射就越强。
其次，远红外的传播原理是怎样的呢？远红外辐射在空气中的传播与可见光类似，都是通过辐射传播的。
远红外波长较长，能够穿透一定的物质，因此在大气中的传播会受到一定的影响。
在大气中，远红外辐射会受到水汽、二氧化碳等气体的吸收和散射，因此在远距离传播时会有一定的衰减。
此外，远红外的探测原理是怎样的呢？远红外辐射可以被许多物体所吸收，因
此在红外热像仪、红外测温仪等设备中有着广泛的应用。
这些设备利用远红外辐射与物体的热量之间的关系，来实现对物体温度的测量和成像。
最后，远红外的应用原理是怎样的呢？远红外辐射在医疗、军事、工业等领域
有着广泛的应用。
在医疗领域，远红外被用于治疗肌肉骨骼疾病、促进血液循环等；在军事领域，远红外被用于夜视仪、导弹制导等；在工业领域，远红外被用于红外测温、红外成像等。
总的来说，远红外的原理涉及到远红外的产生、传播、探测和应用等方面，它
是与物体的热运动和温度密切相关的，具有广泛的应用前景。
通过深入了解远红外的原理，我们可以更好地应用远红外技术，推动远红外技术在各个领域的发展和应用。
简述大气热红外辐射传输方程
简述大气热红外辐射传输方程
大气热红外辐射传输方程是描述大气中热红外辐射传输过程的数学表达式。
它是基于辐射传输理论，考虑了大气中的各种因素，如温度、湿度、气体浓度等，来描述热红外辐射在大气中的传输规律。
热红外辐射是指物体在热平衡状态下，由于其温度而发射的电磁波。
在大气中传输过程中，热红外辐射会受到各种因素的影响，如大气吸收、散射、反射等。
为了描述这些影响因素，大气热红外辐射传输方程引入了各种参数和变量。
要考虑大气的温度分布。
大气温度的垂直分布是不均匀的，随着高度的增加会逐渐降低。
这个温度分布会影响到大气中的各种辐射过程。
大气中的吸收和散射也是需要考虑的因素。
大气中的气体、云、气溶胶等都可以对热红外辐射起到吸收和散射的作用。
这些作用会改变辐射的传输路径和强度。
大气中的湿度也会对热红外辐射的传输产生影响。
水蒸气是大气中的主要成分之一，它对热红外辐射的吸收能力较强。
因此，湿度的变化会导致辐射的传输路径和强度发生变化。
大气中的气体浓度也需要考虑。
大气中的气体如二氧化碳、甲烷等也会对热红外辐射的传输产生影响。
它们可以吸收和放射热红外辐射，改变辐射的传输规律。
大气热红外辐射传输方程是一个复杂的数学表达式，它考虑了大气中的温度、湿度、气体浓度等因素，来描述热红外辐射在大气中的传输规律。
通过这个方程，我们可以了解热红外辐射在大气中的传输过程，为热红外辐射的应用提供理论依据。
不同海拔地区红外大气透过率的计算和测量
不同海拔地区红外大气透过率的计算和测量引言红外大气透过率是指红外辐射在大气中传播时所遇到的吸收与散射衰减程度。
不同海拔地区的红外大气透过率存在差异，这对于红外辐射探测和应用有重要影响。
本文将探讨不同海拔地区红外大气透过率的计算和测量方法。
一、红外大气透过率的计算方法1.辐射传输模型辐射传输模型是计算红外大气透过率的一种常用方法。
该模型基于大气的物理光学特性和理论，并考虑了大气中的吸收、散射和辐射传输等过程。
常用的辐射传输模型有MONO,LOWTRAN,MODTRAN等。
2.大气透过率计算公式大气透过率的计算可以利用以下公式：TIR = Itransmitted / Iincident其中，TIR为红外大气透过率，Itransmitted为大气中传输到地面的红外辐射强度， Iincident为地面向上辐射的红外辐射强度。
大气透过率还可以通过光学厚度（Optical Depth）来计算：TIR=e^(-τ)其中，τ为光学厚度，可通过测量或计算大气中的吸收系数、散射系数得到。
二、红外大气透过率的测量方法1.拉曼光谱法拉曼光谱法是一种测量大气中吸收和散射的方法，可用于计算红外大气透过率。
该方法利用激光器发出的激光经过大气传输后，通过检测激光的散射和吸收来计算透过率。
拉曼光谱法具有高精度和较广的适用范围，但设备价格较高。
2.太阳辐射法太阳辐射法是一种测量大气吸收的方法，通过测量太阳辐射经过大气传输后的减弱程度来计算透过率。
该方法需要在地面上设置接收器，测量太阳辐射入射和出射的强度，再根据大气吸收的程度计算透过率。
3.探空仪测量法探空仪测量法是利用航空器或地面站点上的探空仪测量大气参数来计算透过率的方法。
通过探空仪获得的大气温度、湿度、气压等参数，结合事先建立的大气模型和辐射传输模型，计算出大气透过率。
4.红外辐射传输模型利用已有的红外辐射传输模型，可以通过输入大气参数（如温度、湿度、压强等），进行模拟计算，得到不同波段下的红外大气透过率。
大气在热红外波段的透过率 大气向上辐射亮度大气向下辐射亮辐射亮度
大气在热红外波段的透过率大气向上辐射亮度大气向下辐射亮辐射亮度1.引言1.1 概述在热红外波段的透过率是指大气对热红外辐射的穿透程度。
热红外波段的辐射具有较长的波长，通常在3-20微米范围内。
大气在这个波段内的透过率对于气候变化和地球能量平衡的研究具有重要意义。
大气在热红外波段的透过率受多种因素的影响。
首先，大气中的水蒸气和气溶胶会吸收和散射热红外辐射，从而降低透过率。
特别是水蒸气对热红外辐射的吸收非常强烈，因此相对湿度对透过率有着显著的影响。
此外，大气中的云层也会散射和吸收部分热红外辐射，进一步减弱了透过率。
除了水蒸气和云层，温度也是影响大气在热红外波段透过率的重要因素之一。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的辐射强度与其温度的四次方成正比。
因此，大气的温度对热红外辐射的透过率有着直接的影响。
较高的温度会导致大气中的辐射亮度增加，从而减小透过率。
了解大气在热红外波段的透过率对于很多应用具有重要意义。
例如，在气候变化研究中，热红外辐射的透过率可以用于估算大气中的温室气体浓度和变化趋势。
此外，热红外波段透过率还可以应用于气象预测、红外遥感和太阳能利用等领域。
本文将详细介绍大气在热红外波段的透过率、大气向上辐射亮度以及大气向下辐射亮度的定义、测量方法和影响因素。
通过深入研究大气在热红外波段的传输特性，我们可以更好地理解地球能量平衡和气候变化的机制，为环境保护和可持续发展提供科学依据。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构组织和阐述有关大气在热红外波段的透过率、大气向上辐射亮度和大气向下辐射亮度的相关内容。
首先，在引言部分对本文的主题进行概述，介绍大气在热红外波段的透过率以及大气向上辐射亮度和大气向下辐射亮度的概念和定义。
接着，说明文章的目的，即通过对大气在热红外波段的透过率、大气向上辐射亮度和大气向下辐射亮度的研究，探索其对气候变化和地球能量平衡的影响。
在正文部分，首先详细介绍大气在热红外波段的透过率。
斜程红外辐射大气透射率的简易计算
第36卷，增刊红外与激光工程’2007年9月、，01．36Su pp l e m e n th 缸m 砸锄d lase rEI l gi I l ∞dI l gS e p ．2007斜程红外辐射大气透射率的简易计算路远(电子工程学院安徽省红外与低温等离子体重点实验室，安徽合肥230037)摘要：简述了计算红外辐射大气中透射比常用的方法，利用实验数据计算得到了大气中水汽(H 20)、C 02的光谱吸收系数，给出了水汽吸收系数与温度、相对湿度之间的关系。
给出了计算高空红外辐射透射比的方法。
对于斜程的透射比，将路程按照一定的精度分成小段，各小段透射比相乘可以得到总的透射比，根据高度、压强、透射比之间的关系，通过推导得到了计算斜程红外辐射透射比的简易公式，可以简化斜程透射率的计算。
本方法在工程应用中具有一定的参考价值。
关键词：红外辐射；大气透射比；吸收系数；斜程中圈分类号：T N 2l文献标识码：A 文章编号：1007—2276(2007)增(探测与制导)．0423．04Si m pl e me t hod t 0cal cul at e t he at l nospher e t r ans m i t t a nce of i I l f ．rared …■l 』■r adl at l on 0n SI ant i ng r 0U t eL UY ua Il(K ey L abo fI n 劬r ed 锄d L ow Tc 】叽p 哪tIlr ePl 籼of A nhui №“ncc ，Bh 灿啪ic Engin 侧_i ng I ns 劬蛾I 耐H 230037。
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ar 毛翊r am at i on na ns l I l i t t a nc ear ei n 删uced ．A s i m p l e t oo l t o c al cul a t e m e t r ans m i nance of i nfr a re d r adi a t i on ar edm w n ．A c cor di ngt om eexp 舐m ent alda ￡a ，t tl e H 20abs o 巾￡j oncoe m ci e ntaI l d Ⅱl e C 02abso 印t i on coe f !f i ci e nt ofa r edr aw n by cal cul at i ons 。
大气中的热红外辐射传输[精选课件
01
热红外辐射在大气中传播时，会 受到气体分子和气溶胶的吸收、 散射和再辐射作用，导致能量逐 渐衰减。
02
衰减程度取决于大气组成、气溶 胶浓度、云层覆盖等因素。在计 算热红外辐射传输时，需要考虑 这些因素对衰减的影响。
04 热红外遥感在大气探测中的应用
CHAPTER
热红外遥感的基本原理
热红外遥感通过接收地球表面和大气热辐射的红外辐射，利用遥感器将 这些辐射转换为可测量的电信号，再通过数据处理和分析，实现对地球 表面和大气的探测。
特性
热红外辐射的强度与物体的温度 四次方成正比，不同温度的物体 发射的红外辐射有明显差异。
热红外辐射在大气中的传输过程
01
02
03
吸收
大气中的气体分子和气溶 胶粒子能够吸收部分热红 外辐射。
散射
大气中的气体分子和气溶 胶粒子能够散射热红外辐 射。
透射
热红外辐射在穿越大气层 时，部分能量会被大气吸 收和散射，只有部分能够 透过大气层到达地表。
研究发现，水汽、二氧化碳、臭氧等成分对热红外辐射的吸收和散射作
用是影响大气中热红外辐射传输的主要因素。
03
热红外辐射在气候变化研究中的应用
热红外辐射传输的研究对于理解气候变化具有重要的意义，通过研究热
红外辐射的传输机制，可以进一步揭示气候变化的内在机制。
未来研究方向与挑战
提高模型的精度和适用范围
未来需要进一步改进和完善热红外辐射传输模型，提高模型的模拟精度，扩大模型的适 用范围。
湿度梯度
湿度梯度影响水汽的分布和扩散，进 而影响热红外辐射在大气中的传输和 能量平衡。
03 热红外辐射在大气中的传输模型
CHAPTER
7第四章_红外辐射在大气中的传输
• 下表为大气成分表。
9
10
二、厘米N.T.P. (或厘米S.T.P.)
• 海平面上单位截面积垂直气柱内各成分的总含量 常表示为Wsi，单位是[克· -2]，使用时常直接 厘米 写成克。 • Wsi的另一种表示形式是：表示成所谓“标准状 态”下的厘米数，叫做厘米N.T.P.或厘米S.T.P.， 它是将含量为Wsi的某气体成分化到标准状态 (P0=1个大气压，T0=273.15K)在单位截面上所占 有的高度Wsi*。设标准状态下该气体成分的密度 为ρ0i ，显然
4
• 1 大气的基本组成 • 包围着地球的大气层，每单位体积中大约有 78%的氮气和21%的氧气，另外还有不到1% 的氩（Ar）、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、 一氧化二氮(N2O)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、水 汽(H2O)等成分。除氮气、氧气外的其他气体 统称为微量气体。 • 除了上述气体成分外，大气中还含有悬浮的尘 埃、液滴、冰晶等固体或液体微粒，这些微粒 通称为气溶胶。
17
• •
• • • •
1 水蒸气 水蒸气在大气中，尤其在低层大气中的含量较 高，是对红外辐射传输影响较大的一种大气成 分。虽然人眼看不见，但它的分子对红外辐射 有强烈的选择吸收作用。 (1)水蒸气含量描述 (2)水蒸气的分布 水蒸气压强:水蒸气压强是大气中水蒸气的分压 强，用符号pw表示，其单位是Pa。 绝对湿度:绝对湿度是单位体积空气中所含有的 水蒸气的质量，通常用符号ρw表示，其单位为 g/m3。所谓绝对湿度，是指水蒸气的密度。
式中σ 、R是谱参数。
27
4.2 大气对红外辐射的吸收衰减
• 介质中的辐射场强度与介质的透过率密切相关。因 此，研究因大气的吸收和散射对辐射产生的衰减是 非常重要的。本节将研究大气吸收产生的衰减 • 为了确定给定大气路程上分子吸收所决定的大气透 射率，可以有如下几种方法： （1）根据光谱线参数的详细知识，一条谱线接一条 谱线地做理论计算； （2）根据带模型，利用有效的实验测量或实际谱线 资料为依据，进行理论计算； （3）在所要了解的大气路程上直接测量； （4）在实验室内模拟大气条件下的测量。
大气光学条件对红外遥感的影响研究
大气光学条件对红外遥感的影响研究红外遥感技术在军事、气象、环境监测等领域发挥着重要作用。
然而，大气光学条件对红外遥感的影响不容忽视。
本文将研究大气光学条件对红外遥感的影响，并探讨一些相关的解决方案。
一、大气光学条件的影响因素1. 大气透明度：大气中的气溶胶、颗粒物质和水汽对红外辐射的传播产生吸收和散射，降低了红外辐射的能量传递效率。
因此，大气透明度越好，红外遥感的成像效果越好。
2. 大气湍流：大气中的湍流会导致光束的扩散和失真，从而影响红外遥感图像的清晰度。
湍流的程度与大气层模式、地表条件和气象因素等相关，灰尘暴、风沙天气等都会增加湍流程度。
3. 大气温度和湿度：大气温度和湿度对红外辐射的传播和接收有着重要影响。
温度的变化会导致红外辐射的波长产生漂移，而湿度则会增加红外辐射在大气中的损失。
二、大气光学条件修正方法1. 大气红外响应建模：通过数值计算和建模，将大气光学条件对红外遥感的影响进行定量分析和评估，从而实现对原始数据的修正和校正。
2. 观测数据校正：利用大气辐射传输模型，根据观测时的大气状况，对红外图像进行修正，还原真实的地物信息。
这种方法通常需要获取大气温度、湿度等气象数据，并结合遥感图像特征来进行修正。
3. 多时相遥感数据融合：通过结合不同时间段的遥感数据，利用多时相数据融合算法，减少大气光学条件对红外遥感的影响。
这种方法可以提高红外图像的分辨率和空间覆盖范围。
4. 高光谱技术应用：高光谱技术可以获取红外辐射波段的连续谱段，对大气光学条件的影响进行更为精细的分析和校正。
三、进一步研究方向1. 大气光学条件与红外辐射传输的机理研究，以提高大气光学计算模型的准确性和应用效果。
2. 基于人工智能算法的红外图像去雾技术研究，通过对已知的大气光学条件和红外图像的训练，实现对未知大气光学条件下的红外图像的去雾处理。
3. 大气光学条件对不同类型地表的影响研究，探索不同地表类型在不同大气光学条件下的红外辐射变化规律，为地表目标识别和分类提供更准确的数据支持。
不同大气条件下红外成像系统作用距离评估
第47卷第3期2017年3月激光与红外LASER&INFRAREDVol.47,No.3March,2017文章编号:l〇〇l-5078(2017)03-0304-04 •红外技术及应用•不同大气条件下红外成像系统作用距离评估孙明昭，田超，王佳笑(中国华阴兵器试验中心，陕西华阴714200)摘要:通常红外系统的作用距离考核必须在特定的大气条件下进行，这对试验时机的选择带 来不便，本文在分析大气各成分对目标红外辐射能量的衰减机理的基础上，分析出影响红外成 像系统作用距离的主要因素，探索不同大气条件下红外系统作用距离的评估方法，为在任意大 气条件下该项指标的测试结果评判提供参考，具有较大的借鉴意义。
关键词：红外成像系统；作用距离；大气条件中图分类号:TN219 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1001-5078.2017.03.009Evaluation on operating range of infrared imaging systemunder different atmospheric conditionsSUN Ming-zhao,TIAN Chao,WANG Jia-xiao(Huayin Ordance Test Center of China,Huayin 714200,China)Abstract ：Usually operation range test of infrared imaging system needs to be carried out under specific atmospheric conditions, w hich will cause difficulties to the test. By analyzing attenuation mechanism of various elements in atmosphere on infrared radiation of the target, the main influence factors of operating range were analyzed, and evaluation methods of operating range under different atmospheric conditions were discussed, which provide a reference for testing evaluation of operating range under the random atmospheric conditions.Key words ：infrared imaging system ；operating range ；atmospheric conditioni引言红外热成像系统的作用距离是指在一定的大气 条件下，系统对某一特定目标可能发现、识别和辨认 的最远距离，是评价红外热成像系统性能的重要指 标。
红外辐射大气传输效应模型的分析与实现
第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringJun.2008收稿日期：2008-04-03作者简介：张晓哲（1985-），男，河北井陉人，硕士生，主要从事光电对抗技术的研究。
Email:zhangxiaozhe1@导师简介：李云霞（66），女，内蒙包头人，在读博士，硕士生导师，主要从事光电检测及光通信研究。
z x z @y 红外辐射大气传输效应模型的分析与实现张晓哲,李云霞,赵尚弘,马丽华,蒙文（空军工程大学电讯工程学院，陕西西安710077）摘要：考虑到当前国内外用于红外成像制导导弹半实物仿真系统的大气仿真软件固有的局限性，分析了红外辐射在大气中的传输效应并用面向对象的语言实现了红外辐射大气传输效应的仿真软件。
最后，运用设计的软件对红外图像进行处理，得出传输一定距离后的红外图像。
关键词：红外半实物仿真；大气传输模型；面向对象语言；大气仿真软件中图分类号：TN21文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0385-04Analysis and realization of infrared radiancy ’s atmospheretr ansmission effect modelZHANG Xiao-zhe,LI Y un-xia,ZHAO Shang-hong,MA Li-hua,MENG Wen（Ins ti tut e of Telecommunication Engineering ,Air Force University,Xi ’an 710077,Chi na ）Abstr act:To take the inherent shortcoming of atmosphere simulation software which is used in infrared radiancy(IR)im aging control missile hardware in the loop simulation system in account,the atm osphere transmission effect of infrared radiancy and achieves simulation software of atmosphere transmission effect is analyzed.Finally ,the software designed is used to deal with infrared image and acquire infrared im age which have been transmitted some distance.Key wor ds:IR hardware-in-the-loop sim ulation;Atmosphere translation m odel;Object-oriented language;Atmosphere simulation software0引言在红外成像制导导弹的半实物仿真系统中为了更准确的模拟红外成像制导导弹真实的工作状态和工作环境，必须考虑红外辐射大气传输效应对红外成像制导导弹的影响。
大气红外辐射传输计算模型研究
大气红外辐射传输计算模型研究大气红外辐射传输计算模型是研究大气下红外辐射的传输和相互作用的重要工具。
由于大气中存在各种不同的气体和大量的微小颗粒物质，它们对红外辐射的吸收和散射作用十分复杂，因此需要建立一些计算模型来研究这些现象。
在建立大气红外辐射传输计算模型时，需要考虑的因素有很多，比如大气的压强、温度、气体浓度、水汽含量、云层特征等等。
这些因素对于红外辐射的能量传输和吸收散射过程都有不同的影响，因此需要对它们进行精确的测量和分析。
目前，研究者们已经提出了许多不同的大气红外辐射传输计算模型，这些模型的原理和假设有所不同，也有不同的应用范围和精度。
下面，我们将介绍一些常见的大气红外辐射传输计算模型。
1. MODTRAN模型MODTRAN（MODerate resolution atmospheric TRANsmittance）模型是美国空军研究实验室开发的一种基于大气辐射传输算法的软件工具，它能够计算大气层中的辐射传输和吸收效应。
该模型计算过程中使用了大量的大气参数数据、地球表面特征和红外光谱数据等信息，可以模拟很多实际情况下的辐射传输效应。
2. LBLRTM模型LBLRTM（Line-By-Line Radiative Transfer Model）模型是由美国政府开发的一种大气辐射传输计算模型，它是一种基于线-线辐射传输算法的模型，可用于计算大气中的红外、可见光和紫外线的辐射传输和吸收。
该模型可以对不同气体和微粒对辐射传输的影响进行定量研究，可以成为大气遥感和气候变化研究中的重要工具。
3. MODIS模型MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）模型是美国地球观测卫星上搭载的一种观测仪器，它可以获取地球表面的辐射和反射信息，用于研究大气、陆地和海洋等不同环境下的红外辐射传输效应。
该模型结合了多种算法和数据源，能够实现广泛的遥感应用，包括气候变化、空气污染、卫星图像遥感等领域。
第五章：大气中的热红外辐射传输
地球制图 云覆盖
地球 大气观测
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主要的航空成像红外光谱仪
传 感 器 国 别 波段数 波段范围 () 8.5-12.0 8-12 3.53-3.94 10.5-12.5 3.0-5.0 8.7-12.7 3.0-5.0 8.0-12.0 8.0-12.5 工作期间 视 场 (度) 92 65或104 80 64-78 瞬时视 场mrad 2.1×3.1 2或5.0 1.2×1.2 3.3,2.5或 5.0 3 3.3,2.5或 5.0 1.2×11 2.5 用 途
·与海面温度相比，陆面温度由于地表的 复杂性面临更多的困难。
遥感反演大气水汽、温度廓线
大气热红外辐射的性质
大气的长波辐射性质很复杂，不仅与吸收物质(水汽，CO2与O2)分布 有关，而且与大气温度、压力有关。水汽（ H2O）在 6.3微米有一个较 强的吸收带，二氧化碳(CO2)分别在4.3微米和15微米有较强的吸收带， O3 在9.6微米处一个窄的吸收带，所以能称之为窗区的只有 3.5—4.0微 米，8—9.5微米和10.5—12.5微米三个波段。
AIRS大气红外探测仪 ASTER高级空间热辐射 热反射探测器 ATSR纵向扫描辐射仪
EOS(美国) EOS (美国) ERS-1 (欧空局)
2300;6 14 2 (MWR) 5
AVHRR甚高分辨率 NOAA-11 (美 辐射仪 国) EOS CERES云和地球 辐射能系统 (美国) EOS HiRDLA高分辨率临界动 态分辨仪 (美国) ADEOSII GLI全球成像仪 (日本)
热外遥感应用
地球表面热量平衡示意图
射入太阳辐射
100
行星反照率
31
红外热辐射
69
云 和 大 气 反 射 大气吸收 （云）
黑体辐射理论、黑体辐射理论以及红外微光探测理论的研究
摘要自然界一切温度都高于绝对零度的物体（物质）无不在每时每刻产生着红外辐射，且这种辐射都载有物体的特征信息。
本文第一部分介绍了黑体和黑体辐射，讨论了黑体的辐射规律，即基尔霍夫辐射定律、维恩位移定律、瑞利—金斯公式、普朗克定律、斯蒂藩—玻尔兹曼定律；第二部分讨论了红外传输理论，即红外辐射在大气中传输时发生衰减的物理起因和余弦定律；第三部分介绍了微光及微光探测理论，主要解释了发射率和实际物体的辐射。
关键词：黑体黑体辐射黑体辐射红外微光探测目录摘要 (I)第一章序言 (1)第二章黑体辐射理论 (2)2.1黑体和黑体辐射 (2)2.2基尔霍夫辐射定律 (3)2.3维恩位移定律 (6)2.4瑞利—金斯公式 (9)2.5普朗克公式 (9)2.6 Stefan-Boltzmann定律 (11)第三章红外传输理论 (13)3.1红外辐射在大气中的传输 (13)3.2Lambert定律 (13)第四章红外与微光探测理论 (16)4.1实际物体的辐射力 (16)4.2实际物体的定向辐射强度 (16)4.3物体发射率的一般变化规律 (18)4.4灰体的概念及其工程应用 (19)第五章结论 (20)参考文献 (21)第一章 序言自从英国天文学家赫谢耳（Herschel ）在1800年发现红外线以来，随着红外辐射理论、红外探测器、红外光学以及红外探测及跟踪系统等的发展，红外技术在国民经济、国防和科学研究中得到了广泛的应用，已成为现代光电子技术的重要组成部分，受到世界各国的普遍关注。
其中研究热辐射的基本规律是红外物理的基本内容，本文首先讨论任意物体在热平衡条件下的辐射规律，即基尔霍夫定律。
接着讨论黑体的辐射规律，即基尔霍夫辐射定律、维恩位移定律、瑞利—金斯公式、普朗克定律、斯蒂藩—玻尔兹曼定律。
基尔霍夫定律是热辐射理论的基础之一。
它不仅把物体的发射与吸收联系起来，而且好指出了一个好的吸收体必然是一个好的发射体。
普朗克公式在近代物理发展中占有极其重要的地位。
空气中传播红外线的原理
空气中传播红外线的原理
空气中传播红外线的原理主要涉及以下几个方面：
1. 红外线的产生：红外线是一种电磁辐射，它的产生是由热能引起的。
当物体温度升高时，分子和原子内部的能量会增加，使得它们的振动频率增加。
当振动频率达到一定阈值时，就会产生红外线辐射。
2. 红外线的传播：空气是一种透明的介质，对可见光具有较好的透射性。
红外线与可见光在空气中的传播原理基本相同。
红外线的波长通常在0.75 - 1000微米之间，处于可见光和微波之间的频段。
相比于可见光，在空气中传播时，红外线的能量损失较小。
3. 空气对红外线的吸收：虽然空气对红外线的透过性相对较好，但仍然会因空气中分子的共振吸收作用而产生一定的吸收。
不同波长的红外线在空气中吸收的程度也有所不同。
在大气中，水蒸气和二氧化碳是红外线强烈吸收的主要分子。
总结来说，空气中传播红外线的原理是由于红外线的热能辐射产生，红外线波长处于可见光和微波之间，空气对红外线的透过性较好，但仍然会有一定程度的吸收。
红外辐射原理
红外辐射原理
红外辐射原理是指物体在温度高于绝对零度（-273.15℃）时，会发出红外线光谱范围内的电磁辐射。
这种辐射的频率范围位于可见光谱的红色边缘之外，因此被称为红外辐射。
红外辐射不可见于人眼，但可以被红外线探测器等设备检测到。
红外辐射的产生是由于物体中的分子和原子在热运动中不断发生能量的转移和辐射。
根据物体的温度，它所辐射的红外辐射的强度和频率也会不同。
根据普朗克辐射定律，物体的发射功率与其温度的四次方成正比。
因此，温度越高的物体将会辐射出更多和更强烈的红外辐射。
红外辐射的传播特性与可见光不同。
红外辐射在空气中的传播损耗较大，而且很容易受到空气中的水蒸气和颗粒物的干扰，因此在大气中的传播距离较短。
此外，不同频率的红外辐射也会被不同物质所吸收和反射。
这为利用红外辐射对物体进行探测和测量提供了可能。
基于红外辐射原理的红外线探测器常用于热成像、红外线热感应和红外线通信等领域。
利用这些探测器，我们可以检测和测量物体的温度，实现无接触的红外测温功能。
此外，红外成像技术也被广泛应用于安防监控、医疗诊断、火灾探测和夜视等领域，发挥着重要的作用。
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——红外技术及应用
(2)铅直对流运动：由于地表面的不均匀加热，产生铅直对流 运动。空气通过对流和湍流运动，高、低层的空气进 行交换，使近地面的热量、水汽、杂质等易于向上输 送，对成云致雨有重要作用。
(3)气象要素水平分布不均匀：由于对流层受地表的影响最 大，而地表的性质差异也是很大的，因此在对流层 中，温度、湿度的水平分布是不均匀的，特别是冷、 暖气团交绥的地带，即所谓锋区，往往有严重的天气 现象发生，如寒潮、梅雨、暴雨、大风、冰雹等。
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(二)平流层
1.界限：自对流层顶到55公里左右 2.特点: 1) 随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升，到25公里以上，气
温随高度增加而显著升高，在55公里高度上可达-3℃ ； 2)气流比较平衡，空气的垂直混合作用显著减弱；多晴好天气，能见度高。
(三)中间层
自平流层顶到85公里左右为中间层。该层的特点是: 气温随高度增高而上升， 并有相当强烈的垂直运动。该层的60-90公里高度上，有一个只在白天出现的电离 层，叫做D层。
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——红外技术及应用 二、大气的垂直分层
观测证明，大气在垂直方向上的物理性质是有显著差 异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到 大气的垂直运动等情况，可将大气分为五层 ：对流层、 平流层、中间层、暖层、散逸层。
（一）对流层 对流层是地球大气中最低的一层，其底界是地面。 云、雾、雨、雪等主要大气现象都出现在此层。因而， 对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是 各种大气研究的重点层次。
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大气概述 第一节 第二节 第三节 大气的组成 大气的结构 主要气象要素
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——红外技术及应用
第 一 大气的组成 节
一、干洁空气
1 概念： 大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。 2 成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、 氖、氪、氙、臭氧等稀有气体 。 3 特点：(1)组成干洁空气的各种成分总是维持，(2)干洁空气的平均分 子量是28.996，(3)在垂直高度90km以下干洁空气的主要成分所占 比例不变 4 干洁空气中几种有影响的气体 （1）臭氧:含量少，20-25km最多；影响气温垂直分布，保护生物 （2）二氧化碳：集中于大气底部20公里，因时间和空间而不同(夏季较 少，冬季较多；城市较多，农村较少)强烈吸收长波辐 射,影响大气和地面温度；但含量过高影响会响人类健 康。
三、大气中的固体杂质和液体微粒
1.固体杂质
定义：悬浮于大气中的烟粒、尘埃、盐粒等。 来源：物质燃烧的烟粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，被风吹 起的土壤微粒及火山喷发的烟尘，流星燃烧所产生的细小微粒和 宇宙尘埃,还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等 。
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含量分布：多集中在大气的底层，随时间、地区和天气 条件而变化（陆上多于海上,城市多于乡村， 冬季多于夏季 ） 作用:(1)吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热，对地面 和空气温度有一定影响； (2)使大气能见度变坏 ； (3)充当水汽凝结的核心，对云、雨的形成起重要 作用。
一、大气的高度
严格地说，不存在大气圈的上界。 大气圈的垂直范围通常有两种划法： （一）着眼于大气中出现的某些物理现象。大气中极光是出现高度最高 的物理现象，因此，可以把大气的上界定为1200公里。 （二）着眼于大气密度，用接近于星际的气体密度的高度来估计大气 的上界。按照人造卫星探测资料推算，这个上界大约在2000— 3000公里高度上。
分类 粉尘微粒 硫化物 氮化物 氧化物 卤化物 有机化合物 成分 碳粒、飞灰.碳酸钙、氧化锌、二氧化铅 二氧化硫、三氧化硫、硫酸、硫化氢、硫醇等 一氧化氮、二氧化氮、氨等 臭氧、过氧化物、一氧化碳等 氯、氟化氢、氯化氢等 碳化氢、甲醛、有机酸、焦油、有机卤化物、酮等
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——红外技术及应用
第 二 大气的结构 节
(四)暖层：中间层顶至800公里高度
暖层有两个特点：(1)随着高度的增高，气温迅速升高空气就更稀薄。 (2)空气处于高度电离状态。从这一特征来说，暖层又可称为 电离层。
(五)散逸层
800公里高度以上的大气层，统称为散逸层。这一层的气温随高度的增高而升 高。这一层的主要特征是大气质点经常散逸至星际空间。
2.液体微粒
定义：悬浮大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结 物。 作用：它们常聚集在一起，以云、雾等形式出现，使能 见度变坏，还能减弱太阳辐射和地面辐射。
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——红外技术及应用 四、大气污染 定义：由于工业、交通运输业的发展，在废气不加以 回收利用的情况下，空气中增加了许多新的成分， 这就是所说的大气污染。 大气污染物:如下表
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二、水汽
来源：江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发 . 分布：集中在大气底层，一般随高度的增高而减少 ;且因纬度、地势高
低以及海陆的不同而有差异：低纬＞高纬、夏季＞冬季、湿润地 区＞干旱地区 作用：是大气唯一能发生相变的气体，产生天气现象； 对地面和空气温度产生影响； 在水平和垂直方向上进行物质与能量的交换。
2.主要的特征:
(1)气温随高度的升高而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此 温度随高度增加而降低。 气温铅直梯度：对流层中气温随高度而降低的数值，在不同地区、不 同季节、不同高度是不一致的，平均而言，每上升100米， 气温 下降约0.65℃。这称为气温直减率，也叫气温铅直梯度。通常以y 表示：y=-dT/dZ=0.65℃/100m
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——红外技术及应用
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ห้องสมุดไป่ตู้
第 三 主要气象要素 节
度、风向、风力、云量、能见度、降水量、日照、辐 射等。
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1.界限：底层是下地垫面，上层随纬度和季节而不同
• 低纬度地区平均为17-18公里，中纬度地区为10-12公里，高纬度地区 为8-9公里 • 任何纬度尤其是中纬度的对流层厚度，夏季较大，冬季较小 • 同大气的总厚度比较起来，对流层是非常薄的，不及整个大气厚度的1 ％。但是，由于地球引力的作用，这一层却集中了整个大气3／4的质 量和几乎全部的水汽。