微波辐射与吸收

发射率是物体发射辐射能力的度量，指物体的辐射能力与相同温度下黑体辐射能力的比值。由于黑体发射率等于其吸收率，发射率又可以定义为物体辐射能力与吸收能力的比值。地球大气的平均发射率为0.83，其中水汽的发射贡献约占0.63。大气水汽辐射特征主要集中于红外波段。作为主要温室气体之一，大气水汽吸收来自于地表的红外辐射后，会以长波辐射(温度更低)的形式向外辐射能量，以维持地表温度。据估计，若没有大气水汽、CO₂ 等大气成分，地表温度将会跌至-23℃，而实际地表温度约为15℃。在一个标准大气压下，大气温度20℃，大气可降水量为1cm的情况下的大气水汽光谱发射率。为显示发射率曲线的细节，图中仅绘出12～16um 波谱范围内的水汽发射率曲线。与吸收特性类似，大气水汽的发射率在整个红外区间存在为数众多的峰值/谷值。

与液态水的吸收特性类似，液态水的发射光谱曲线随波长变化平缓，且光谱发射宰接近于1。总体来看，液态水的光谱发射率高于大气水汽的光谱发射率。正是由于液态水具有较高的光谱发射率，多云的早晨，大气温度一般要 高于晴天的早晨。

微波波段的波长位于1mm～lm,大气水汽与微波波段的相互作用以吸收为主。在微波波段，O₂和水汽是电磁波吸收的主要成分，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，这种共振吸收的谱线并不是单一的谱线，而是具有一定的谱线宽度。因此，O₂和水汽不仅能够吸收与吸收谱线中心频率接近的电磁波，同时也能够吸收中心谱线频率附近的电磁波。因此，O₂和水汽的吸收系数是谱线中心频率、谱线强度和谱线半宽度3个参数的函数。谱线的强度和半宽度与大气压强、温度和水汽密切相关。其中，水汽吸收谱线中心频率主要位于22.2351GHz和183.3101GHz处。