第五章大气中的热红外辐射传输

学习必备欢迎下载大气物理中红外传输的认识先认识一下大气物理学的研究领域，大气物理学主要研究地球大气参数、大气现象和过程的物理性质及其变化规律。

大气中的物理过程研究不仅涉及大气科学的方方面面，还与陆地学、海洋学、生物学等学科密切相关。

大气科学最重要的使命是科学预测十年到百年间的环境一气候变化趋势。

现代大气物理学为了适应地球环境与全球气候变化的深入研究需求，产生许多新的学科分支，如研究大气辐射特性和辐射传输过程的大气辐射学、研究中层(或高层)大气中各种物理现象和过程的中层(或高层)大气物理学、研究大气遥感原理、技术和应用的大气遥感学、研究大气边界层中物理现象和过程的大气边界层物理学等等。

在这里，自己选择自己相对熟悉的大气物理中的大气红外辐射传输来谈谈自己的认识。

对大气辐射传输的认识大气辐射传输建立了一个简单的模型 (如下图) .在物理学中，介质与电磁波的相互作用是一个具有吸收又有发射的过程，在这里我们把整层大气也看成是一种介质，太阳穿过大气层，由于大气的存在，也会发生吸收与辐射，最后到达地面。

也正是这个热交换过程，才让我们的地球保持着一个热平衡。

我们可以用一个示意图来表示：学习必备 欢迎下载来 自 太 阳 的 辐 射辐射束通常可以按其在辐射传输场中的强度(或辐亮度) I 来表示， 根据模型的假设，可以得到一个红外传输方程1 dIv= I Jk v p a ds v v这个方程中 k v 是表示吸收系数， p a 表示吸收气体的密度， S 为倾斜的路径，J 为源函数。

这里解释一下， 电磁波在穿越大气的时候， 除了大气的吸收 (也成为大气消光) 外， 我们在测量时还有来自其他方面的辐射进入测量结果， 比如气溶胶的散 射， 会使测量的结果增加， 比如大地的黑体辐射， 也会使测量结果增加， 这些因素我们统一定义为源函数 J 。

V在红外辐射传输时， 大地近似为黑体， 可以用普朗克函数 B(T) 来代替， 而且 因为红外线波长较长， 一般大于气溶胶的尺度， 所以可以不考虑气溶胶的散射增 强。

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。

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。

大气环境中可见光与红外辐射的传输特性大气环境中的可见光和红外辐射对我们的日常生活和科学研究有着重要影响。

它们的传输特性在很大程度上决定了我们所看到的世界和我们对地球气候变化的认识。

在本文中，我们将探讨大气中可见光和红外辐射的传输特性，以及这些特性对人类和地球的影响。

大气中的可见光传输是人眼所能感知的电磁辐射的一部分。

可见光的传输特性主要受到大气中的散射和吸收影响。

散射是指光线遇到大气中的分子和大气微粒时改变方向的现象。

大气中的气溶胶、水蒸气和悬浮微粒会对可见光进行散射。

这就解释了为什么在雾霾天气中，我们看不清楚远处的景物，因为大气中的微粒使得光线散射，导致景物变得模糊不清。

而吸收是指光线被大气中的分子吸收，其中特定波长的光线被特定的分子吸收。

例如，大气中的氧气和臭氧吸收紫外线；水蒸气吸收红外线。

这种吸收现象在夜晚的天空中尤为明显，因为大气中的水蒸气会吸收太阳光的红外辐射，形成黑色的天空。

另外，近年来，随着大气中的温室气体浓度增加，温室效应引发了全球变暖的问题。

温室气体主要包括二氧化碳和甲烷，它们对地球表面的红外辐射起到了吸收和反射的作用，导致了地球的气温上升。

与可见光相比，大气中对红外辐射的影响更加复杂。

红外辐射主要是地球表面向大气传播的热辐射。

地球表面的对流和辐射过程会导致热量向大气中传输，这部分热量就以红外辐射的形式发出。

然而，红外辐射在大气中的传输过程中面临着散射、吸收和透射这三个主要的影响因素。

大气中的气溶胶和气体会散射红外辐射，影响到红外传输的能量和方向；同样，大气中的水蒸气、二氧化碳等温室气体会吸收红外辐射，改变辐射能量的大小和方向；而透射是指红外辐射通过大气透过到空间中，这取决于大气中温室气体的浓度。

红外辐射的传输特性对于地球气候的研究和太阳能的利用都具有重要意义。

在气候研究中，科学家通过观测和模拟大气中的红外辐射传输，了解地球表面与大气之间热量的分配和变化规律，这有助于预测和解释气候变化现象。