红外技术.ppt

,物理化学学院应用物理系,主讲老师：刘丙国,红外,技术,第三章 热辐射基本规律,第三章 热辐射的基本规律,3.1 发光种类的介绍,物体自身的能量；,物体从外界获取能量。,化学发光：物体内部发生了化学变化。,光致发光：物体被照射而引起的发光。,电致发光：物体发光是由电的作用直接引起的。,热辐射：物体在一定温度下发出的电磁辐射。,除了极高温情况，热辐射通常处于红外波段，所以红外辐射也称为热辐射。热辐射是一种能量交换，是平衡辐射。,第三章 热辐射基本规律,3.2 基尔霍夫定律,普雷夫定则：在单位时间内，如果两个物体吸收的能量不同，则它们发射的能量也不同。即在单位时间内一个物体能够发出的能量等于它能够吸收的能量。,定量描述物体吸收和发射热量之间的关系。,基尔霍夫定律：,在给定温度下，对某一波长来说，物体吸收本领和发射本领的比值与物体本身的性质无关，对一切物体都是恒量。,第三章 热辐射基本规律,基尔霍夫定律：,第三章 热辐射基本规律,热平衡时物体发射的辐射功率必定等于它吸收的辐射功率。,好的发光体好的吸收体弱的反射体,用光谱量表示：,第三章 热辐射基本规律,(1)此定律是平衡辐射定律，与物质本身的性质无关，也适用于黑体；,基尔霍夫定律说明：,(2)吸收和辐射量的多少应该在同一温度下比较，不同温度时无意义；,(4)此定律描述的辐射与波长有关，与人眼的视觉特性和光度量无关；,(5)此定律只适用于温度辐射，对其它的发光形式不成立。,(3)任何强烈的吸收必发出强烈的辐射，无论吸收是由物体表面性质还是系统的构造所决定；,第三章 热辐射基本规律,3.3 黑体及其辐射定律,3.3.1 黑体,(1)从理论上讲，是指在任何温度下能够全部吸收任何波长入射辐射的物体，即全吸收，没有反射和透射的物体；,(2)从结构上讲，封闭的等温空腔内的辐射是黑体辐射，一个开有小孔的空腔就是一个黑体的模型；,(3)从应用角度讲，如果把等温封闭空腔开一个小孔，则从小孔发出的辐射能够逼真地模拟黑体辐射，此装置叫做黑体炉。,第三章 热辐射基本规律,黑体的应用价值：,(1)标定各类辐射探测器的响应度；,(2)标定其它辐射源的辐射强度；,(3)测定红外光学系统的透射比；,(4)研究各种物体表面的辐射特性；,(5)研究大气或其它物质对辐射的吸收或透射特性。,第三章 热辐射基本规律,3.3.2 普朗克公式,普朗克公式是确定黑体辐射光谱分布的公式，是黑体辐射理论的基本公式。,：黑体的光谱辐射出射度()；,：第一辐射常数，；,：第二辐射常数，；,：真空中的光速；,：普朗克常数，；,：玻耳兹曼常数，。,第三章 热辐射基本规律,黑体辐射的特性：,(2)温度越高 越大；,(3)每条曲线彼此不相交，所以温度越高，在所有波长上的光谱辐射出射度越大。随温度的升高，峰值波长向短波方向移动。,每条曲线下包围的面积代表黑体在该温度下的全辐射出射度，从图中可以看出，黑体的全辐射出射度随温度的增加而迅速增大。,(4)黑体辐射的特性只与温度有关，与其它参数无关。,(5)黑体辐射的亮度与观察角度无关。,(1)随波长连续变化；,第三章 热辐射基本规律,讨论：,(1)时，即，对应于短波或低温情况；,维恩公式,时，即，对应于 长波或高温情况；,瑞利-金斯公式,第三章 热辐射基本规律,3.3.3 维恩位移定律,维恩位移定律是描述黑体光谱辐射出射度的峰值 所对应的峰值波长 与黑体绝对温度 T 的关系的表达式。,第三章 热辐射基本规律,维恩位移定律,维恩位移定律表明，黑体辐射出射度峰值对应的波长与黑体绝对温度成反比，温度越高，辐射峰值向短波方向移动的越多。,人体温度(T=310K)，辐射的峰值波长约为。,太阳温度(T=6000K)，辐射的峰值波长约为。,维恩最大发射本领定律,第三章 热辐射基本规律,3.3.4 斯忒藩玻耳兹曼定律,斯忒藩玻耳兹曼定律描述的是黑体的全辐射出射度与温度 T 的关系。,令，则，,第三章 热辐射基本规律,令,斯忒藩玻耳兹曼定律,每条曲线下的面积代表了该曲线对应的黑体的 全辐射出射度。,第三章 热辐射基本规律,黑体的应用优势：,只要确定了温度，黑体的其它辐射特性就能通过维恩位移定律，维恩最大发射本领定律，斯忒藩玻耳兹曼定律 随之确定，进而还可以推出黑体的其它辐射特性，如 等。,第三章 热辐射基本规律,3.4 黑体辐射的简易计算,(1)表,普朗克公式,维恩最大发射本领定律,该表称为相对光谱辐射出射度函数表，是某个温度下、某波长上的辐射出射度 和该温度下峰值波长处的辐射出射度 之比。,第三章 热辐射基本规律,(2)表,普朗克公式,该表称为相对辐射出射度函数表，是某个温度下、某波段上的辐射出射度 和该温度下全辐射出射度 之比。,斯忒藩玻耳兹曼定律,某波段的辐射出射度为：,第三章 热辐射基本规律,例1：已知黑体的温度T=1000K，求其峰值波长、光谱辐射出射度峰值、在 处的光谱辐射出射度、某一波段的辐射出射度。,解：(1)峰值波长：,维恩位移定律,(2)光谱辐射出射度峰值：,维恩最大发射本领定律,第三章 热辐射基本规律,(3)处的光谱辐射出射度:,(4)在 波段内的辐射出射度:,第三章 热辐射基本规律,例2：已知人体的温度T=310K(假定人体的皮肤是黑体),求其辐射特性。,解：(1)峰值波长：,维恩位移定律,(2)全辐射出射度：,斯忒藩玻耳兹曼定律,第三章 热辐射基本规律,(3)在 波段(紫外)内的光谱辐射出射度:,在 波段(可见)内的辐射出射度:,在 波段(可见)内的辐射出射度:,第三章 热辐射基本规律,例3：已知太阳温度T=6000K(并认为是黑体),求其辐射特性。,解：(1)峰值波长：,维恩位移定律,(2)全辐射出射度：,斯忒藩玻耳兹曼定律,(3)在 波段(紫外)内的光谱辐射出射度:,在 波段(可见)内的辐射出射度:,在 波段(可见)内的辐射出射度:,第三章 热辐射基本规律,第三章 热辐射基本规律,3.5 发射率和实际物体的辐射,发射率：在指定温度时的辐射量与同温度黑体辐射量的比值。,(1)半球发射率：辐射出射度与同温度黑体辐射出射度的比值。,半球全发射率,半球光谱发射率,黑体辐射的基尔霍夫定律,物体的吸收本领越大，其发射辐射的本领也越大。,第三章 热辐射基本规律,(2)方向发射率：在与辐射表面法线成 角的小立体角内的发射率。,方向全发射率,方向光谱发射率,第三章 热辐射基本规律,(1)对于朗伯辐射体，三种发射率 彼此相等；,物体发射率的一般规律：,(2)金属的发射率是最低的，但随温度的升高而增高，并且当表面层形成氧化层时，可以成10倍或更高倍数地增加；,(4)金属及其它非透明材料的辐射发生在表面几微米的尺寸内，因此发射率是表面状态的函数，而与物体的尺寸无关；,(3)非金属的发射率要高些，一般大于0.8，但随温度的升高是降低的；,第三章 热辐射基本规律,(5)介质的光谱发射率随波长的变化而变化。在红外区域，大多数介质的光谱发射率随波长的增加而降低。,第三章 热辐射基本规律,3.6 辐射对比度和辐射测温,3.6.1 辐射对比度,目标和背景的辐射出射度之差与背景辐射出射度之比称为辐射对比度。,当，普朗克公式的热导数为：,第三章 热辐射基本规律,作 关系曲线,维恩位移公式,最大对比度的波长 与辐射峰值波长 之间的关系。,地面背景温度为T=300K,第三章 热辐射基本规律,3.6.2 辐射测温,对于黑体，只要测得辐射出射度最大值所对应的波长，再利用维恩位移定律就可以确定黑体的温度。,对于一般物体，如果知道其发射率，只要测得物体的光谱辐射量就可以确定物体的温度。,红外辐射测温的基本原理:(辐射测温仪),如果仪器根据物体的总辐射而定温度，则所得到的是物体的辐射温度。,如果仪器根据两个或多个特征波长上的辐射而定温度，则所得到的温度是物体的色温度。,如果仪器只跟据某一个特征波长上的辐射而定温度，则所得到的是物体的亮温度。,第三章 热辐射基本规律,(1)辐射温度：,设一物体的真实温度为T，发射率为，辐射出射度为M(T)。当该物体的辐射出射度与某一温度的黑体辐射出射度相等时，这个黑体的温度就叫做该物体的辐射温度，。,当物体的温度与周围环境温度相近时，考虑物体的反射环境辐射带来的影响是很有必要的，可以根据关系 进行修正。,斯忒藩玻耳兹曼定律,辐射测量仪,第三章 热辐射基本规律,设一物体的真实温度为T，发射率为，光谱辐射亮度为。当该物体的光谱辐射亮度与某一温度黑体的光谱辐射亮度相等时，这个黑体的温度就叫做该物体的亮温度，。,光学高温计,(2)亮温度：,第三章 热辐射基本规律,(3)色温度：,设一物体的真实温度为T，在波长 和 处的光谱发射率为 和，光谱辐射亮度分别为 和。当该物体在这两个波长处的光谱辐射亮度与某一温度的黑体的光谱辐射亮度相等时，这个黑体的温度就叫做该物体的色温度，。,色温计,第四章 红外辐射源,第四章 红外辐射源,4.1 黑体辐射源,基尔霍夫定律证明密闭空腔内的辐射就是黑体辐射。但是实际用作标准的黑体辐射源都是开有小孔的空腔，由于从小孔入射的辐射总有一部分从小孔逸出，因此其发射率略小于1，所以小孔的辐射只能近似于黑体辐射，习惯上把这种开有小孔的空腔叫做黑体源或黑体炉。,1954年，Gouff 和Dovos 分别给出了开孔空腔有效发射率的表达式，从而描述了开有小孔的空腔与绝缘黑体的差别或近似程度。,几种腔体形状的黑体炉,黑体辐射源的主要部分包括：腔体、加热线圈、保温层、温度计和温度控制部分。,第四章 红外辐射源,在设计制造黑体辐射源时应该注意以下几方面的问题：,(1)腔形的选择；,对于给定的 l/R 值，球形腔的有效发射率最大,通常取 l/R6，增加此值可以提高有效发射率，但会增大均匀加热的难度。,(2)对腔芯材料加热的要求；,具有高的热导率；具有好的抗氧化能力；表面发射率要高。,(3)腔体的等温加热；,改造腔芯的外形和加热线圈的缠绕方式。,第四章 红外辐射源,(4)腔体的温度控制和测量；,一般用热电偶或铂电阻温度计测量温度。,腔体温度变化对辐射出射度变化的影响很大。,第四章 红外辐射源,(5)降低黑体前表面的辐射。,黑体的前方紧挨开口处放置光阑，用水冷，以降低黑体前表面的辐射。,黑体辐射源指标：有效发射率、温度范围、孔径尺寸、加热时间、质量、尺寸、控温精度、温度稳定性、视场及恒温区等。,第四章 红外辐射源,第四章 红外辐射源,4.2 其他红外辐射源,4.2.1 电热固体辐射源,(1)能斯脱灯,常用作红外分光度计中的红外辐射源。,优点：寿命长、工作温度高、黑体特性好、不需要水冷等。,由氧化锆、氧化钇、氧化铈和氧化钍的混合物烧结而成的一种很脆的圆柱体或空心棒。,缺点：机械强度低、光源温度受空气流动影响大、工作前需预热等。,第四章 红外辐射源,(2)钨丝灯、钨带灯和钨管灯,常用于光度测量、高温测量、光辐射测量、旋光测量、分光测量、比色测量、显微技术、闪光技术和近红外测量等。,优点：熔点高不易蒸发、在可见波段辐射选择性好、机械强度高、易加工、温度变化小等。,钨管灯是最接近黑体的辐射源之一，常被用作光谱分布标准光源。,钨管灯在可见光区域内的光谱发射率高达0.95，且改变很少(在500700nm范围内只改变千分之几)，同时钨管灯的温度变化很小。,第四章 红外辐射源,(3)乳白石英加热管,由天然石英熔融而成，耐热性能好、热膨胀系数低、有优良的抗热抗震和电绝缘性、具有很好的化学稳定性；但机械强度和耐冲击性能较差。,用作红外辐射源的优点：,(1)发射率高，并具有选择性发射；,(2)热容量小，其热容量仅为碳化硅、金属管的十分之一；,(3)工作温度范围广，可以为100750度；,(4)升温降温快，只需710min；,(5)表面纯净洁白，可以用在工艺卫生要求高的场所。,第四章 红外辐射源,4.2.2 气体放电辐射源,当电流通过气体媒质时，会产生放电现象，利用这种放电现象可制作辐射源。气体放电的种类很多，用的较多的是辉光放电和弧光放电。,三级式发光过程：,第一级，自由电子被外电场加速；,第二级，运动的电子与气体的原子碰撞，电子的动能传给气体原子使其激发；,第三级，受激原子返回基态，把吸收的能量以辐射的形式释放出来。,B：灯的泡壳，由透明玻璃或石英加工而成；,A、C：灯的电极；,G：灯泡中充的气体。,第四章 红外辐射源,(1)水银灯,利用水银蒸汽放电制成的灯，低压水银灯的辐射主要在紫外区域，高压和超高压水银灯的辐射在红外区域。,正常工作时，灯管内的水银气压在0.10.5 MPa 范围内，当压强在12MPa 范围内时称为超高压水银灯，当压强超过20MPa 时，红外辐射占全部辐射的34%，因此超高压水银灯是良好的近红外辐射源。,第四章 红外辐射源,(2)惰性气体灯(氩、氪、氙等),惰性气体放电在紫外和可见区域具有连续光谱，在红外区域有明显的线光谱叠加在连续光谱上。红外部分辐射的极大值随原子量的增加而向长波方向移动。,惰性气体灯正常工作时，灯管内压强在0.53.0MPa范围内,它的实际光谱接近太阳光谱，在近红外也是很强的辐射源。,(3)碳弧灯,碳弧灯是开放式放电，电弧发生在大气中的两碳棒之间。,碳弧灯的光谱由炽热电极的连续光谱和气体混合物的特征线、带光谱叠加而成，十分接近3800 K 时的黑体光谱。,普通的碳弧灯一般都采用直流供电，其伏安特性是负的，即电流增大时，电极间的电压是下降的，因此为使工作稳定，电路中要串联适当的附加电阻，碳弧才会稳定。,第四章 红外辐射源,第四章 红外辐射源,4.2.3 红外激光器,激光器是20世纪60年代发展起来的一种新型光源。,激光器的特点：,(1)方向性好，其光束的发散角很小，一般为10-6 sr；,(2)光束具有高亮度；,(3)单色性好，相干性好。,红宝石巨脉冲激光器的亮度可达371014 cd/cm2，而太阳的亮度才只有0.16 cd/cm2。,第四章 红外辐射源,激光器的构成：,(1)工作物质：用来在特定能级间实现粒子数反转并产生受激辐射；,(2)激励源：用来激励工作物质，产生并维持特定能级间的粒子数反转和相应的受激辐射；,(3)光学谐振腔：使受激发射光子在腔内产生持续的激光振荡，并限制振荡光子的特征。,第四章 红外辐射源,激光器的分类：,按工作方式的不同分类：,(1)单脉冲激光器：可以获得大能量的激光输出；,(2)重复脉冲激光器：可以获得相应重复频率的脉冲激光；,(3)连续脉冲激光器：可以获得连续的激光输出；,(4)调Q 激光器：可以获得极高脉冲输出功率的激光。,按工作物质的不同分类：,固体(半导体)、液体(染料)、气体(分子、原子、离子)激光器。,按泵浦方式的不同分类：,光泵式、电光式、化学反应式等激光器。,按输出波长的不同分类：,紫外、可见、红外和远红外等激光器。,第四章 红外辐射源,第五章 红外辐射在大气中传输,第五章 红外辐射在大气中传输,红外辐射在大气中传输要受到大气中各种因素的影响，给红外技术的应用造成了许多限制性的困难，其中三个方面的研究是最为关注的：,分子光谱研究者试图通过大气中出现的分子吸收光谱来研究分子结构与分子吸收和散射的机理；,(2)大气物理工作者希望把红外辐射通过大气的分子吸收光谱作为一种工具，借此研究大气中的物理参量，如辐射热平衡、大气的热结构、大气的组成成分等；,(3)红外系统与天文工作者关心的是被测目标所发出的红外辐射在大气中发生的变化，借助大气红外透射特性来考虑目标探测问题或考察星体的物理性质等。,红外辐射在大气中传输时，主要有以下几种因素使之衰减：,在0.20.32m紫外光谱范围内，光吸收与臭氧的分解作用有关系，臭氧的生成和分解的平衡程度在光的衰减中起着决定性的作用；,(2)在紫外和可见光谱区域中，由氮分子和氧分子所引起的瑞利散射是必须要考虑的，这就需要注意散射物质的分布，散射系数对波长的依赖关系等；,(3)粒子散射或米氏散射，这种散射大都出现在云和雾中，且大气中某种特殊物质的分布也会引起米氏散射。这种现象对于观察低空背景是特别重要的，因为这些特殊物质的微粒一般都处在低空中。,(4)大气中某些元素原子的共振吸收，主要发生在紫外及可见光谱区域内。,(5)分子的带吸收是红外辐射衰减的重要原因。大气中某些分子具有与红外光谱区域响应的振动-转动共振频率，同时还有纯转动光谱带，因而能对红外辐射产生很强的吸收。,第五章 红外辐射在大气中传输,5.1 地球大气的基本组成和气象条件,大气的基本组成(80km以下)：,除了上述气体成分外，大气中还含有悬浮的尘埃、液滴、冰晶或液体微粒，这些统称为气溶胶。,第五章 红外辐射在大气中传输,(2)大气的气象条件：,指大气的各种特性，如大气的温度、压强、湿度、密度等，以及它们随时间、地点、高度的变化情况。,高度，温度；臭氧对太阳紫外线的吸收所致。,中间层,高度，温度；,第五章 红外辐射在大气中传输,5.2 大气中的主要吸收气体和主要散射粒子,大气中的主要吸收气体是水蒸气、二氧化碳和臭氧等。,大气组分中水是唯一能以固、液、气三种状态同时存在的成分，其中固态的水表现为雪花和冰晶体，液态的水表现为云雾和雨，气态的水表现为水蒸汽。固态和液态的水对红外辐射主要有散射作用，而气态的水对红外具有强烈的选择吸收。,第五章 红外辐射在大气中传输,(一)水蒸气：,水蒸气含量的描述：,(1)水蒸气压强：大气中水蒸气的分压强，用 pw 表示，单位是Pa。,(2)绝对湿度：单位体积大气中所含有的水蒸气的质量，用w 表 示，单位是 g/m3，即水蒸气的密度。,(3)饱和水蒸气压：在饱和空气中，水蒸气在某一温度下开始发生 液化，此时的压强称为该温度下的饱和水蒸气压，用 ps 表示。,(4)饱和水蒸气量：处于某一温度时，单位体积内所能容纳最大 可能的水蒸气质量，用s 表示，饱和空气中的水蒸气量即饱 和水蒸气密度。,第五章 红外辐射在大气中传输,(5)相对湿度：空气试样中水蒸气的含量和同温度下该空气试样 达到饱和时水蒸气含量的比值，用RH(百分比)表示，,(6)露点温度：给定空气试样变成饱和状态时的温度。,水蒸气的分布：,由于大气中的垂直交换作用，使水蒸气向上传播，而随着离蒸发源距离的增大，水蒸气的密度变小；另外低温及凝结过程也影响大气中水蒸气的含量，由于这些因素的作用，大气中水蒸气的密度随着高度的增加而迅速减小，大约每增加5km，水蒸气的分压强就降低一个数量级。,第五章 红外辐射在大气中传输,从图中可以看出，几乎所有的水蒸气都分布在对流层以下。,第五章 红外辐射在大气中传输,(二)二氧化碳：,二氧化碳是大气中的固定组分，一直到50km左右的高度，其浓度(体积比)仍然保持不变，在大气中近似均匀混合。,二氧化碳跟大气一样，高度每增加16km，其分压强就降低一个数量级，和水蒸气相比，其含量随高度的减小要慢得多。因此在低空水蒸气对红外辐射的吸收是主要的，而在高空中，水蒸气的吸收退居次位，二氧化碳的吸收变得更重要。,(三)臭氧：,氧气对于波长小于0.2 m的紫外辐射具有强烈的吸收能力，同时还能吸收0.24 m附近的辐射。氧分子吸收0.24 m的一个光子能量之后，就能完全分解成氧原子。,一个氧分子和一个氧原子在有另一个中性分子时(可以是氧分子也可以是氮分子)，如果发生碰撞，就可以生成臭氧。当臭氧吸收了波长短于1.1m的辐射能量后，就会发生臭氧的分解过程。,第五章 红外辐射在大气中传输,从图中可以看出，臭氧的最大含量在730km之间，并且臭氧层的高度随季节的不同而不同，同时随着维度的变化也有显著的变化。,第五章 红外辐射在大气中传输,(四)大气中的主要散射粒子：,除了气体的吸收外，大气中还有一些悬浮的粒子会对辐射造成衰减，如空气分子、气溶胶、云、雨滴等。,气溶胶是指悬浮在气体中的小粒子，其尺度范围为10-310m。气溶胶可分为吸湿性气溶胶(如海盐)、和非吸湿性气溶胶(如尘埃)两种。它们包括云、雾、雨、冰晶、尘埃、碳粒子、烟、盐晶粒以及微小的有生命机体等。,第五章 红外辐射在大气中传输,5.3 大气的吸收衰减,为了确定给定大气路程上分子吸收所决定的大气透射率，有如下方法：,(1)根据光谱线参数的详细知识，一条谱线接一条谱线地作理论计算；,(2)根据带模型，利用有效的实验测量或实际谱线为依据进行计算；,(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。,第五章 红外辐射在大气中传输,大气的选择吸收,第五章 红外辐射在大气中传输,表格法计算大气的吸收：,利用红外和大气工作者编制的大气透过率表格来计算大气的吸收，通过查表可以得到各个波长下水蒸气和二氧化碳以及其它气体的透过率。,任意波长下的透过率是从表中查得的水蒸气和二氧化碳透过率的乘积：,在高度为h的水平路程x所具有的透过率等于长度为x0的等效海平面上水平路程的透过率，可以表示为：,第五章 红外辐射在大气中传输,5.4 大气的散射衰减,辐射在大气中传输时，除因分子的选择性吸收导致辐射能衰减外，辐射还会在大气中遇到气体分子密度的起伏及微小微粒，使辐射改变方向，从而使传播方向的辐射能减弱，这就是散射。,一般来说，散射比分子吸收弱，随着波长增加散射衰减所占的地位逐渐减少，但是在吸收很小的大气窗口波段，散射就是使辐射衰减的主要原因。,(1)气象视程与视程方程式：,目标与背景的对比度随着距离的增加而减少到2%时的距离，称为气象视程，简称为视程或视距。,在可见光谱区域内指定波长 处(通常取)测量目标和背景的对比度，因为在此波长处大气的吸收很小，引起辐射衰减的原因主要是散射。,第五章 红外辐射在大气中传输,以背景亮度为标准定义目标的对比度 C：,人眼对两个目标亮度的差异的区分能力是有限的，这种限制的临界点称为亮度对比度阈，通常用Cv 表示，对于正常的人眼来说，其标准值为0.02。,对于同一个目标来说，当它的距观察点的距离为 x 时，观察者所看到的目标与背景的对比度为：,第五章 红外辐射在大气中传输,当x=V处的亮度对比度Cv与x=0处的亮度对比度C0的比值恰好等于2%时，这时的距离V 称为气象视距，即,在实际测量中，总是让特征目标的亮度远远大于背景的亮度，即,如果上面的假设成立，那么从 x=0 到x=V 之间的大气，在波长 处对大气透射率的影响只是由散射造成的，其透射率可以表示为：,第五章 红外辐射在大气中传输,所以可以得到在波长 处，散射系数和气象视程的关系：,视程方程式,(2)测量 处视程的原理：,如果在已知 x 距离上，在波长 处测得大气的透射率为，则：,如果x 在0V 之间，便可得到视程与已知距离处透射率之间的关系：,第五章 红外辐射在大气中传输,例题：在 距离x=5.5 km，波长为0.55 m 处测得的透射率 为30%，求气象视程V。,解：,即在0.55 m 处的气象视程为17.9 km。,第五章 红外辐射在大气中传输,(3)利用 处视程求任意波长处的光谱散射系数：,散射系数可以表示为：,在红外区域内瑞利散射可以忽略：,根据视程方程式：,第五章 红外辐射在大气中传输,5.5 大气透过率的计算举例,(1)大气透过率的计算步骤,在实际大气中，尤其是在地表附近几千米的大气中，吸收和散射同时存在，因此大气的吸收和散射所导致的辐射衰减都遵循比尔-朗伯定律，因此大气的光谱透过率为：,第五章 红外辐射在大气中传输,计算大气透过率的步骤：,(1)按实际需要规定气象条件、距离和光谱范围；,(2)按公式 计算出给定条件下的；,(3)按给定条件依次计算出各个吸收组分的；,(4)利用求得的 和 的值，根据光谱透过率公式，可以算出大气的透过率。,第五章 红外辐射在大气中传输,例题：气象条件：海平面水平路程长为1.8km，气温为22，相对湿度RH=59%，气象视程V=13.8 km(在0.61 m处)。求：在3.54.0 m光谱带内有散射导致的平均大气透过率。,解：,在 3.54.0 m这个狭窄的范围内，由散射导致的透过率随波长的变化很小，可以取该光谱范围内的中心波长 处的 作为平均的透过率：,第五章 红外辐射在大气中传输,