[科普中国]-大气吸收

定义

大气吸收（atmospheric absorption）是指大气中各种成分，对电磁波辐射在其中传播时的吸收作用。1

性质大气吸收是选择吸收，太阳辐射通过长长的大气路径，遭受一系列吸收后到达地表，被吸收的能量转变为热能、离化能或其它形式的能量，对确定各层大气的物理和化学状态起着重要作用。1

吸收成分大多数太阳紫外辐射在高层大气中被氧和氮所吸收（2600A至更短波长），所以高层大气中氧和氮分子遭受光化学离解，以原子态出现。2000 -3000A左右的太阳紫外辐射，主要由臭氧吸收。太阳可见光辐射的吸收较少，因为这里是大气窗区。1

在红外范围内主要的吸收气体是水汽、二氧化碳和臭氧，图 1 中列出了它们的吸收带中心波长。在微波范围内，主要吸收成分是氧气（波长4 - 6mm）和水汽（波长1.35cm 和 1.6mm附近）。1

氧分子具有磁偶极矩，水分子具有剩余电偶极矩。在电磁场的作用下，当电磁波的频率与分子转动能级跃迁频率一致时，分子吸收电磁波的能量，其转动能级由低向高跃迁，形成共振吸收。在分子碰撞的情况下，这种共振吸收谱线不是频率单一的谱线，而是有一定的频谱宽度。这样，氧和水汽不仅激烈地吸收频率与吸收谱线中心频率十分相近的电磁波，也会吸收频率不一致的电磁波。

大气吸收系数光辐射在通过大气到达被照面的过程中，大气对光辐射的吸收、散射及反射作用造成光辐射的削弱，光辐射这种削弱程度叫做大气吸收系数。大气吸收系数可以用图2 中式（1）表示2

研究进展对上述大气吸收已提出很多理论模式和近似计算方法，例如周期带模式、随机带模式等。随着计算机技术的日益发展，已有人尝试对真实大气中的吸收气体成分进行逐线计算。1