大气的长波辐射性质

大气的长波辐射性质很复杂，不仅与吸收物质（水汽，CO，与O₂）分布有关，而且与大气温度、压力有关。水汽红外区吸收带很强，又占有较宽的波段，是最主要的吸收物质。从整层大气的长波吸收谱来看，大气在整个长波段，除8～12um一段处，其余吸收率都接近于1。8～12um吸收率小，透明度大，称为“大气之窗”。地面的辐射在这一窗口，经过大气后大部分能射向空间。但在这一窗口区中也有一个窄的O₃吸收带（9.6um），这主要是0₃层的作用。大气在14um以上，可以近似看成黑体。地面14um以上的远红外辐射，不能透过大气传向外层空间。在整个长波波段中，将整层大气的积分辐射吸收率与黑体吸收率比较，约相当于0.7。这比短波的吸收率大了数倍。

液体水的吸收在长波区很强，吸收系数约为10°cm²/g，所以100m厚的云就足以相当于黑体。一般都可把云体表面当作黑体表面。

水汽与CO₂是决定大气辐射性质的主要成分。但是它们的吸收谱线结构很复杂，其吸收系数随大气温度、压力而变化。当计算水汽与CO₂的吸收时，常借助谱带模式，如随机模式和周期模式。埃尔沙色（Elsaser）引进的广义吸收系数常被用于吸收率的计算。近代己利用大型电子计算机对水汽及CO₂等的红外吸收开展了逐线积分的计算工作。

0₃的9.6um吸收带在辐射传输问题中有特殊的作用。它正处于“大气之窗”的中心。

0₃集中于平流层，对于自大气上界向外辐射的光谱有明显的作用。

给出了一个从大气层外的卫星高度上观测的地气系统向外的长波辐射光谱，图中曲线是用MODTRAN模拟出来的。选用中纬度夏季大气模式，地表温度为300K，发射率为1。“大气之窗”区地面温度接近300K的辐射，透过大气射出，而在CO₂15um带只相当于215K的辐射，说明大气高层温度很低。O₃层的发射接近于280K。

研究表明，除非有云或尘埃等大颗粒质点较多，要不然大气对长波辐射的散射削弱极小，一般可以忽略不计。即使在有云时，由于云对长波的吸收作用很大，较薄的云层已可视为黑体，因而热红外辐射的传播往往只考虑吸收作用，而忽略散射。

大气不仅是削弱辐射的介质，同时它本身也发射辐射，有时甚至发射的辐射会超出吸收的部分。因此，必须将大气的发射和吸收同时考虑。总之，热红外辐射在大气中的传输，是一种漫射辐射，是在无散射但有吸收又有发射的介质中传输的。