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大氣吸收光譜是指光波在大氣中傳播時(shí)，某些波長(zhǎng)的波被大氣中各種氣體成分吸收而產(chǎn)生的暗線或暗帶組成的譜。吸收作用比較顯著的氣體成分是水汽、二氧化碳和臭氧等，它們將所吸收的光波能量轉(zhuǎn)變成熱能和電離能等。這對(duì)于大氣的物理和化學(xué)狀態(tài)的變化，起著重要的作用。大氣吸收光譜
atmospheric absorption spectrum 光波在大氣中傳播時(shí)，某些波長(zhǎng)的波被大氣中各種氣體成分吸收而產(chǎn)生的暗線或暗帶組成的譜。吸收作用比較顯著的氣體成分是水汽、二氧化碳和臭氧等，它們將所吸收的光波能量轉(zhuǎn)變成熱能和電離能等。這對(duì)于大氣的物理和化學(xué)狀態(tài)的變化，起著重要的作用。
基本信息
| 中文名 | 大氣吸收光譜 |
| 外文名 | atmospheric absorption spectrum |
| 原因 | 低能態(tài)到高能態(tài)的 躍遷 |
| 所在領(lǐng)域 | 化學(xué) |
三類運(yùn)動(dòng)形式
氣體分子的吸收總是和分子內(nèi)部從低能態(tài)到高能態(tài)的躍遷相聯(lián)系的。分子的能態(tài)決定于分子內(nèi)部的三類運(yùn)動(dòng)：①電子的運(yùn)動(dòng);②原子核在平衡位置附近的振動(dòng);③整個(gè)分子繞一定對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)。它們所對(duì)應(yīng)的能量，都是量子化的。在這三類運(yùn)動(dòng)中，相鄰的電子能級(jí)間的差值最大，依普朗克公式，這種躍遷所吸收的入射波，頻率很高，就大氣中主要的吸收成分而言，這種躍遷吸收的輻射，其波長(zhǎng)都在紫外和可見光波段；相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的差值最小，被吸收的波長(zhǎng)大多出現(xiàn)在遠(yuǎn)紅外直至微波波段；相鄰的振動(dòng)能級(jí)間的差值介于上述兩者之間，被吸收的波長(zhǎng)大多出現(xiàn)于 2～30微米的紅外波段。由于這三種運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)發(fā)生，對(duì)應(yīng)于同一電子能態(tài)的躍遷，可以有各種不同的振動(dòng)能態(tài)躍遷和轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)躍遷；同樣，對(duì)應(yīng)于一種振動(dòng)能態(tài)躍遷，也可以有各種不同的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)躍遷。所以，電子躍遷光譜中有不同的振動(dòng)分支，而這些振動(dòng)光譜中，又包含著一系列表征轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)躍遷的譜線（常稱這種分支為振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜）,因此，分子光譜的圖像是錯(cuò)綜復(fù)雜的。
譜線增寬
分子譜線的自然寬度很小，但由于分子間的碰撞和分子熱運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)會(huì)使譜線大大增寬，比自然線寬要大好幾個(gè)量級(jí)。由分子碰撞造成的增寬稱為碰撞增寬，由分子熱運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)造成的增寬，稱為多普勒增寬。譜線寬度與環(huán)境的溫度和壓力有密切關(guān)系。光波在整層大氣傳播的過程中，碰撞增寬在20公里高度以下占主導(dǎo)地位，而多普勒增寬則在大氣高層占主導(dǎo)地位，20公里以上的中間高度，兩種增寬機(jī)制均有影響，一般需考慮它們共同作用引起的混合增寬。
吸收光譜
計(jì)算模式
要計(jì)算實(shí)際大氣的吸收譜，必須知道吸收線的位置、強(qiáng)度、形狀以及它們同溫度、壓力的關(guān)系，還要知道吸收物質(zhì)的含量等。而實(shí)際大氣的溫度、壓力和吸收物質(zhì)含量，隨高度而變化，這都會(huì)給實(shí)際大氣吸收譜的計(jì)算帶來困難。為此，提出了若干理論譜帶模式，主要包括：①單線模式。將較復(fù)雜的鐘形吸收譜線的線型當(dāng)作矩形處理，從而計(jì)算其平均吸收率。若某頻帶內(nèi)含有若干條譜線，且線間距大于譜線寬度而不發(fā)生重疊，則可應(yīng)用單線模式計(jì)算所有譜線的平均吸收率。②帶模式。計(jì)算整個(gè)譜帶吸收率的方法主要有周期模式和隨機(jī)模式（統(tǒng)計(jì)模式）兩種方法。周期模式假定吸收帶由等強(qiáng)度等間距的一系列譜線排列構(gòu)成，于是可計(jì)算整個(gè)帶的平均吸收率，適用于象二氧化碳這樣的分子。然而對(duì)于水汽的振轉(zhuǎn)帶和轉(zhuǎn)動(dòng)帶，譜線間距和強(qiáng)度分布無簡(jiǎn)單的規(guī)律可循，這時(shí)上述假定不適用。于是有人提出了譜線位置和強(qiáng)度都是隨機(jī)分布的所謂隨機(jī)模式，由此可以很好地計(jì)算水汽的吸收率。但實(shí)際分子光譜既不符合于周期模式也不符合于隨機(jī)模式，因此也有根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果，選定一些吸收率表達(dá)式中的參數(shù)或選取其他的函數(shù)形式進(jìn)行計(jì)算，這樣的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ骄哂幸欢ǖ木群瓦m用范圍。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)真實(shí)大氣中包含所有氣體吸收物質(zhì)進(jìn)行逐線計(jì)算已指日可待，但有些人研究后認(rèn)為逐線計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量之間的相符程度在5～10%之間，其他模式計(jì)算也能達(dá)到這一精度。
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