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1、第六章第六章第六章第六章 散射和吸收散射和吸收散射和吸收散射和吸收- -PART2PART2（Scatter and AbsorptionScatter and Absorption）6.16.1描述衰减的术语（描述衰减的术语（描述衰减的术语（描述衰减的术语（Terms Describing AttenuationTerms Describing Attenuation）6.26.2辐射传输方程辐射传输方程辐射传输方程辐射传输方程（ RadiativeRadiative Transfer EquationTransfer Equation）6.36.3大气层和大气窗（大气层和大气窗（大气层和大
2、气窗（大气层和大气窗（Aerosphere & Atmospheric WindowsAerosphere & Atmospheric Windows）6.46.4辐射传输方程辐射传输方程辐射传输方程辐射传输方程（Radiative Transfer EquationRadiative Transfer Equation）6.1 描述衰减的术语描述衰减的术语1. 复折射率和穿透深度复折射率和穿透深度复折射率复折射率皮层深度皮层深度穿透深度穿透深度2. 衰减系数和光学厚度衰减系数和光学厚度3. 漫衰减系数和光束衰减系数漫衰减系数和光束衰减系数4. 体积散射函数体积散射函数5. 粒子的尺度分布函数
3、和单粒子衰减界面粒子的尺度分布函数和单粒子衰减界面6. 米氏散射和瑞利散射米氏散射和瑞利散射 衰减系数衰减系数ka（）描述电磁波在传播中由于介质吸收和散射产生的 衰减的轻重程度（）描述电磁波在传播中由于介质吸收和散射产生的 衰减的轻重程度衰减系数沿传播路径上的积分衰减系数沿传播路径上的积分衰减系数沿传播路径上的积分衰减系数沿传播路径上的积分称为从位置称为从位置称为从位置称为从位置z z0 0到到到到 z z的的的的光学厚度光学厚度光学厚度光学厚度(optical thickness)(optical thickness)。式中衰减系数式中衰减系数式中衰减系数式中衰减系数k ka a、吸收系、吸
4、收系、吸收系、吸收系 数数数数k kabab和散射系数和散射系数和散射系数和散射系数k kscsc的单位是的单位是的单位是的单位是mm- -1 1，光学厚度，光学厚度，光学厚度，光学厚度a a没有量纲，没有量纲，没有量纲，没有量纲， z z0 0 和和和和 z z 是介质中是介质中是介质中是介质中 电磁波传播路径的边界。电磁波传播路径的边界。电磁波传播路径的边界。电磁波传播路径的边界。衰减系数和光学厚度衰减系数和光学厚度衰减系数衰减系数衰减系数衰减系数积分积分透射率透射率t（）（）等于在位置等于在位置z和位置和位置z0的 辐亮度之比，将该定义代入到以上公 式，可知的 辐亮度之比，将该定义代入到
5、以上公 式，可知该式是该式是该式是该式是朗伯朗伯朗伯朗伯- - - -比尔透射定律（比尔透射定律（比尔透射定律（比尔透射定律（LamberLamberLamberLamber- - - -Beer Transmittance LawBeer Transmittance LawBeer Transmittance LawBeer Transmittance Law）的积分形式）的积分形式）的积分形式）的积分形式。在在瑞利散射瑞利散射中，球形粒子的单粒子吸收截面中，球形粒子的单粒子吸收截面abab和单粒子散射截 面和单粒子散射截 面sc sc可以简化展开为可以简化展开为 如果代表粒子尺寸的无量纲因
6、子如果代表粒子尺寸的无量纲因子q远小于远小于1，即，即q0 大气不透明大气不透明L=LB =1 部分清澈部分清澈L = 0.37 Ls+ 0.63 LB选择适当的大气窗和波段，探测大气的温度和湿度选择适当的大气窗和波段，探测大气的温度和湿度 )exp(1 )exp(BSLLL微波波段微波波段)exp(1 )exp(BSTTT黑体辐射和温度呈线性关系（黑体辐射和温度呈线性关系（瑞利-金斯定律瑞利-金斯定律）T)c/kf2()f (L2 b26.2.26.2.2 光学质量和光学厚度光学质量和光学厚度光学质量和光学厚度光学质量和光学厚度 （Optical Mass & Optical Thickne
7、ssOptical Mass & Optical Thickness）如果太阳光在大气层内沿着一个倾斜方向传播如果太阳光在大气层内沿着一个倾斜方向传播)exp(t)()sec()cosexp(meet m 即大气m 即大气光学质量(可计算)光学质量(可计算)60o, 考虑地球表面弯曲考虑地球表面弯曲23sec0.0018167(sec1)0.002875(sec1)0.0008083(sec1)m)(exp)(expozozaerosolair iiimmmmt气溶胶/大气层空气分子气溶胶/大气层空气分子 对流层对流层 臭氧臭氧平流层平流层可见光波段，可见光波段，避开水汽吸收带避开水汽吸收带，
8、大气层空气分子的散射、气溶胶 粒子的散射和臭氧分子的吸收是主要的衰减因素：，大气层空气分子的散射、气溶胶 粒子的散射和臭氧分子的吸收是主要的衰减因素：不同波段，针对具体衰减因子选择不同的表达（不同波段，针对具体衰减因子选择不同的表达（P135）2/1222)(sin)()(rRhRhRmozlatitudeh1 . 0261. 对流层、同温层和电离层对流层、同温层和电离层2. 大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度3. 臭氧（臭氧（ozone）4. 气溶胶气溶胶(Aerosols) 5. 水蒸汽和氧气的吸收水蒸汽和氧气的吸收6. 大气窗大气窗(Atmospheric Windows)6.36.3
9、 大气层和大气窗大气层和大气窗大气层和大气窗大气层和大气窗 （Aerosphere & Atmospheric WindowsAerosphere & Atmospheric Windows） 地球大气分为三层，包括对地球大气分为三层，包括对地球大气分为三层，包括对地球大气分为三层，包括对 流层、同溫层或平流层和电流层、同溫层或平流层和电流层、同溫层或平流层和电流层、同溫层或平流层和电 离层离层离层离层StratosphereMesosphereThermosphereTropopauseStratopauseMesopauseIonosphereCloud Formation regiono
10、zone regionFrom “An Introduction to Ocean Remote Sensing”6.3.16.3.1 对流层、同温层和电离层对流层、同温层和电离层对流层、同温层和电离层对流层、同温层和电离层6.3.26.3.2 大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度 波长（单位是波长（单位是波长（单位是波长（单位是mmmm），），），）， P P P P 地球表面的大气压，地球表面的大气压，地球表面的大气压，地球表面的大气压， P P P P0 0 0 0标准大气压标准大气压标准大气压标准大气压 光学厚度是无量纲的，这意味着在公式里三个常数包
11、含着单位，以抵消波光学厚度是无量纲的，这意味着在公式里三个常数包含着单位，以抵消波光学厚度是无量纲的，这意味着在公式里三个常数包含着单位，以抵消波光学厚度是无量纲的，这意味着在公式里三个常数包含着单位，以抵消波 长长长长带来的量纲。带来的量纲。带来的量纲。带来的量纲。 大气分子的基本组分是已知的，且一般比例是稳定的；大气分子的基本组分是已知的，且一般比例是稳定的；大气分子的基本组分是已知的，且一般比例是稳定的；大气分子的基本组分是已知的，且一般比例是稳定的； 可见光和近红外波段，大气分子衰减对应的光学厚度主要由散射引起，可见光和近红外波段，大气分子衰减对应的光学厚度主要由散射引起，可见光和近红
12、外波段，大气分子衰减对应的光学厚度主要由散射引起，可见光和近红外波段，大气分子衰减对应的光学厚度主要由散射引起， 属于瑞利散射；属于瑞利散射；属于瑞利散射；属于瑞利散射； 大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度大气分子的光学厚度airairairair( ( ( () ) ) )的表达式如下的表达式如下的表达式如下的表达式如下( ( ( (可求可求可求可求) ) ) )6.3.36.3.3 臭氧臭氧臭氧臭氧（OzoneOzone） 同温层中最重要的气体成分，位于地表同温层中最重要的气体成分，位于地表同温层中最重要的气体成分，位于地表同温层中最重要的气体成分，位于地表1050km
13、1050km的高的高的高的高 空大气层，厚度大约空大气层，厚度大约空大气层，厚度大约空大气层，厚度大约40km40km 吸收紫外辐射：吸收紫外辐射：吸收紫外辐射：吸收紫外辐射： UVUV- -A(315A(315- -400nm):400nm):不能有效吸收，有益无害；不能有效吸收，有益无害；不能有效吸收，有益无害；不能有效吸收，有益无害； UVUV- -B B（280280- -315nm315nm）：危害最大，可能到达地面；）：危害最大，可能到达地面；）：危害最大，可能到达地面；）：危害最大，可能到达地面； UVUV- -C C（200200- -280280）：波长短，能量高，完全吸收；
14、）：波长短，能量高，完全吸收；）：波长短，能量高，完全吸收；）：波长短，能量高，完全吸收； 如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气 中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚 度只有度只有度只有度只有3mm3mm3mm3mm左右。左右。左右。左右。 这种用从地面到高空垂直柱中臭氧
15、的总厚度来表达大气中这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总厚度来表达大气中这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总厚度来表达大气中这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总厚度来表达大气中 臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用多布森单位多布森单位多布森单位多布森单位 （Dobson UnitDobson UnitDobson UnitDobson Unit，简称，简称，简称，简称D.U.D.U.D.U.D.U.）来表示，正常大气中臭氧的来表示，正常大气中臭氧的来表示，正常大气中臭氧的来表示，正常大气中臭氧的 柱浓度（柱浓度（柱浓度（柱浓度（total column ozonetotal column ozonetotal column ozonetotal column ozone）约为）约为）约为）约为300 D.U.300 D.U.300 D.U.300 D.U.。1.0 D.U.1.0 D.U.1.0 D.U.1.0 D.U.相相相相 当于在一个标准大气压和摄氏零度的温度下当于在一个标准大气压和摄氏零度的温度下当于在一个标准大气压和摄氏零度的
