07-1 第7 章 大气气体吸收损耗 无线电波在地球大气中传播时，除通常的所谓自由空间扩散损耗之外，大气气体的分子还会吸收无线电波的能量，致使到达接收点的无线电信号产生额外的衰减。我们把这种现象称之为大气吸收。这种吸收在频率上是有选择性的，不同的大气气体成份具有不同的吸收和辐射谱线。本章主要讨论氧气和水汽对无线电波能量的吸收与衰减。 7 .1 大气成份 组成地球大气的气体通常分为两种类型，一种是在大气中所占百分比例相对稳定的永久性气体，另一种是所占百分比例会随时间和地点发生变化的可变性气体。永久性气体的主要成份有氮、氧、氩，永久性气体占大气总量的99.97%。另外，由于大气不停的运动，永久性气体成份在大气总量中各自所占的比例直到90 公里的高度上都保持一致。可变性气体主要有二氧化碳、水汽、臭氧，它们所占比例虽然很低，但并不是不重要。各种气体成份在大气总量中所占的百分比例如表 7.1所示[]。 表7 .1 大气气体成份 类别 气体成份 分子量 体积百分比,% 永 久 性 气 体 氮,N2 28.134 78.084 氧,O2 31.9988 20.948 氩,Ar 39.948 0.934 氖,Ne 20.183 18.18× 10－4 氦,He 4.003 5.2× 10－4 氪,Kr 83.80 1.1× 10－4 氙,Xe 131.30 0.09× 10－4 氢,H2 2.016 0.5× 10－4 甲烷,CH4 17.034 2.0× 10－4 可 变 性 气 体 二氧化碳，CO2 44.01 320× 10－4 臭氧，O3 47.998 地面：0～0.07× 10－4 20～30km：1× 10－4～3× 10－4 水汽，H2O 18.15 0～2 水汽主要存在于贴近地面的低层大气。水汽所占比例随季节和地区有很大的差别，但其含量一般不会超过大气总量的4％。在海洋和低纬度地区，在夏天，空气中的水汽含量很高；在远离水源的高纬度地区，在干旱沙漠地区，在冬天，大气中的水汽含量就很少。 7 .2 大气吸收的物理过程 07-2 从量子力学的观点来看，电磁波是由光粒子组成的物质，光子具有固定的能量 fhW ，其中34106263.6h焦耳·秒，称为普朗克常数，f 为电磁波的频率。当电磁波在大气中传播时，大气气体的分子吸收电磁波光子的能量，实现了分子内能能级的向上跃迁，而电磁波则损失了光子及其能量。相反，当气体分子的内能从高能级跃迁到低能级时，气体会向外辐射电磁波。所以，大气气体的吸收和辐射是其能量交换的两个相反过程。而且，事实上，基尔霍夫定律表明，物体的辐射能力等于其吸收能力，所以，可以认为有怎...
