红外辐射在大气中的衰减原理（含C++实现）

一、原理

1.1 水蒸气吸收衰减

1.2 二氧化碳的吸收衰减

1.3 大气的散射衰减

一、原理

红外辐射在大气中传播的影响因素主要有3个：

（1）大气中某些气体分子（H2O、CO2等）的吸收；

（2）大气分子、气溶胶的散射；

（3）由气象条件（云、雾、雨、雪）造成的衰减。

大气对红外辐射的衰减能力用消光系数 $u(\lambda )$ 来表示，由Beer-Lambert定律可以得到消光系数 $u(\lambda )$ 与衰减率 $\tau (\lambda )$ 的关系：

$\tau (\lambda )=e^{-u(\lambda )R}$

其中， $R$ 为水平路程。大气的衰减率 $\tau (\lambda )$ 可以由各部分的影响因素的衰减率相乘获得：

$\tau (\lambda )=\tau _{H_{2}O}(\lambda )\cdot \tau _{CO_{2}}(\lambda )\cdot \tau _{s}(\lambda )\cdot \tau _{c}(\lambda )$

式中： $\tau _{H_{2}O}(\lambda )$ 为水蒸汽吸收引起的光谱衰减率； $\tau _{CO_{2}}(\lambda )$ 为CO2吸收引起的光谱衰减率； $\tau _{s}(\lambda )$ 为大气分子与气溶胶的光谱散射衰减率； $\tau _{c}(\lambda )$ 为大气气象条件（云、雾、雨、雪）引起的衰减率。

1.1 水蒸气吸收衰减

大气中水蒸汽含量对红外辐射的透过率有一定影响。在通过水蒸汽含量相等的路程时，红外辐射在大气中的透过率相等。设在大气条件1下水蒸汽的吸收系数为 $u_{1}$ ，通过的水平路程为 $R_{1}$ ，在大气条件2下水蒸汽的吸收系数为 $u_{2}$ ，通过的水平路程为 $R_{2}$ ，它们有相同的水蒸汽含量，则它们的透过率相同：