[科普中国]-大气透明系数

概述

大气透明系数是表征大气透明度的特征量，是指透过一个大气质量的透射辐射与入射辐射之比。当太阳位于天顶时，在大气上界的辐射通量为S0，而到达地面的为S，则S/S0=P。P即为大气透明系数。它表明辐射通过大气后的削弱程度。不同波长的削弱不同，P仅表征对各种波长的平均削弱情况，例如P=0.8，表示平均削弱了20%。大气的透明系数取决于所含水汽、水汽凝结物和尘埃杂质的多少，这些物质愈多，透明度愈差，透明系数愈小，太阳辐射被削减愈多；反之，大气愈干洁，透明度愈好，透明系数愈大，太阳辐射被削弱愈少。

公式推导太阳辐射通过地球大气被大气吸收和散射以后到达地面的辐射量，称为大气对太阳辐射的透射量。根据比尔(Beer)定律，大气对太阳辐射的减弱服从负指数规律；表示式为：

式中，Ior是入射波长为A的太阳辐射强度;Ar为单位大气质量的减弱系数(包括散射减弱和吸收减弱)；m为大气质量数，如果不考虑地球的曲率，m是天顶距θ的函数，即m=secθ(当θ〈60°时适用)；天顶距不同，即大气光学路程不同，则大气质量m也不相同。

由上式可知，大气对太阳辐射的透射量与大气中吸收和散射物质的性质有关，与光线通过大气的光学路程有关。显然，天顶距越小，光线穿过大气的光程越长，大气对太阳辐射的减弱能力越大，则太阳辐射的透射量就越小反之就愈大。因此，可定义：

称Pr为对波长r的透射系数，表示大气对太阳辐射的透射能力。因此，有

则：

对太阳辐射的所有波长积分，则有：

这里，Im表示经过大气减弱后透射到地面的太阳辐射强度，可以通过日射观测仪器在地面直接测量来获得；I0为太阳常数。可见，Pm是实际到达地面的太阳辐射强度Im与到达大气上界的太阳常数I0之比的积分平均值，通常称为积分平均大气透明系数，表达式为：1

影响因素由于太阳辐射通过大气时各波长所受到的减弱作用不同，使得Pm与Pr也不相同。它随大气质量m而变化，短波部分比长波部分所受到的减弱作用更大一些;所以通过大气质量越多，长波部分所占的比例就越大。因此，大气透明度系数Pm是随着大气质量数m的增加而增大的。此外，同一大气质量情况下的Pm在不同的季节、不同的月份中也是各不相同的，即大气透明度系数Pm是时间的函数，而且Pm(t)这一函数关系的具体形式至今仍不清楚；大气透明度系数Pm还因大气分子、水汽和灰尘含量等而发生变化，不易精确计算。1