从上一节的内容和图2-1可以看出,大气对辐射的吸收包括了原子共振吸收和分子带吸收两种。 LM2734YMKX而从第1章的红外光谱一节中我们已经了解到,原子的能级跃迁对应的是可见光和紫外线甚至更短波长的电磁辐射,故而大气的原子共振吸收主要是对大气中传输的可见光和紫外线的吸收;而分子的振动和转动能级跃迁对应的则是被称为振动-转动光谱的红外辐射,所以大气对红外辐射的吸收作用主要表现为分子带吸收。量子学说指出,并非任意两能级间都能进行跃迁,这种跃迁需要遵循一定的规律,即所谓选律。大气中的气体分子要对红外辐射进行吸收,必须同时满足以下两个基本条件:

   (1)分子振动或转动的频率与红外光谱段内某一谱线的频率相等;

   (2)对红外光谱,分子振动/转动过程中,必须引起分子电偶极矩的变化,分子才能在两种能级间跃迁,进而吸收红外辐射。

   下面先简要解释一下上面提到的一个新概念――分子电偶极矩。

   任何物质的分子就其整个分子而言,是呈电中性的,但由于构成分子的各原子因价电子得失的难易,而表现出不同的电性,分子也因此而显现不同的极性。通常用分子的电偶极矩u来描述分子极性的大小:

   式中:g为分子中正电性原子的电量总和或负电性原子的电量总和;d为分子的正负电荷原子以电荷量为权重的重心间的距离,如图2-9所示。地球大气层中含量最丰富的氮、氧、氩等气体分子是对称的,它们的振动或转动不引起电偶极矩的变化,故而不会吸收红外辐射。大气中含量相对较少的水蒸   ,气、二氧化碳、臭氧、甲烷、氧化氮、一氧化碳等非对称分子,其某些形式的振动或转动会引起电偶极矩变化,从而对红外辐射产生强烈的吸收[3]。本书中将重点分析大气层中对红外光电探测系统影响最为严重的两种红外辐射吸收气体,即二氧化碳(Co2)和水蒸气(H20)。