【正文】 吸收譜線。 1945年， van vleck一 weisskopf 利用各譜線的吸收系數(shù)之和計(jì)算出了氧氣的吸收系數(shù)，它是求氧氣吸收系數(shù)的一般方法。 不同天氣條件下的大氣輻射特性 4 大氣毫米波傳播模型 MPM 簡(jiǎn)介 MPM模型，即毫米波傳播模型是用來(lái)預(yù)測(cè) 100OGHz以內(nèi)中性大氣功率衰減系數(shù)和延遲效應(yīng)的復(fù)數(shù)形式折射率的寬帶模型。由于該模型能夠?qū)Σ煌鞖鈼l件進(jìn)行更接近實(shí)際的計(jì)算和模擬，并且可行性強(qiáng)，因此多年來(lái)已被研究人員普遍接受，成為研究毫米波大氣輻射特性的重要模型。一般來(lái)說(shuō)，這種影響是由于吸收、散射和折射作用引起的。 jnnn ?? 。( ??n ，這使其傳播速度比光速 c略小，然而與之聯(lián)系的正的虛部 (n? )使幅度 0E 減小。 MPM的輸入變量如表 。 大氣狀況 是用大氣壓強(qiáng)來(lái)衡量的，滿足 : epp ?? kpa (43) 其中 p和 e分別是干燥空氣和水蒸氣的局部壓強(qiáng)。 水滴密度的增大和減小是由相對(duì)濕度決定的 (80一 %RH)，它滿足 : )100( ])4(20[10)(1033UC UCwUwgW A ? ?????? (47) 其中)1 00( ])4(20[)( UC UCUg ? ??? 參數(shù) C由下表 。懸浮水汽凝結(jié)體的現(xiàn)表明云霧達(dá)到了飽和 100%RH，它是用懸浮水滴密度砰來(lái)度量的， W本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 41 頁(yè) 值可通過(guò)水滴尺寸或可見(jiàn)光 ( m? )的能見(jiàn)度 VS(km)來(lái)估計(jì) [4],水滴密度和能見(jiàn)度由下表給出 表 雨具有懸浮于飽和空氣中對(duì)流云的統(tǒng)計(jì)特性，它的垂直分布被 Co0 等溫線分成兩部分，而隨著季節(jié)和緯度的變化該等溫線會(huì)在地平面到 6km的高度變化。降雨的特性和降雨率 R密切相，而降雨率 R 和以下因素有關(guān) :時(shí)間百分比 Rt ，即一年內(nèi)降雨相對(duì)時(shí)間的平均值 。瞬時(shí)懸浮液滴密度 3??? mRgmW RR 。 表 Rm 因子的變化表明降雨率 R 和液滴尺寸分布的相互關(guān)系。 總之， MPM模型主要應(yīng)用在 1GHz到 1THz 的遙感、射電天文學(xué)、電信和雷達(dá)等領(lǐng)域。,( 0 RWwUTP 的特性，這些參 數(shù)和指定模型的物理變量 ),( Av Wwep ? 有關(guān)。現(xiàn)在的 MPM模型是修正后的版本，該模本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 41 頁(yè) 型無(wú)論從可靠性還是可行性而言都是一種有效分析大氣毫米波輻射特性的重要參考模型。00 fjNfNNfNNfN t ????? ppm (48) 其 0N 是正的實(shí)部， )(fN 是頻率的函數(shù)。 氧氣水蒸氣的線狀譜 大氣中兩個(gè)主要的吸收成分是氧氣和水蒸氣，其諧振線狀吸收譜由下式給出 : 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 41 頁(yè) jj jii jL fFSfFSN )()(301441 ?? ?? ?? （ 415） 其中 iS 表示第 i條譜線的強(qiáng)度 (kHz)， 39。 39。 0 YAXAfY fBX fBF ??????? ? (417) 其中： 0ffA ?? 00220 )( fffB ??? ? （ 418） 220 )( ???? ffX 220 )( ???? ffY 0f 表示中心頻率，氧氣和水蒸氣分子的線強(qiáng) )(kHzS 和參數(shù) )(GHz? 和 ? 的表達(dá)式由下表 。其對(duì)應(yīng)中心頻率的取值如表 和 所示。 當(dāng)海拔在 35km 以上時(shí)，必須考慮氧氣的塞曼分裂效應(yīng)的影響 [21]。 海拔在 60km )( kpaP? 以上的高空必須考慮多譜勒譜線增寬效應(yīng)。對(duì) MPM模型來(lái)說(shuō)，中間層水的微弱的吸收線 (海拔 20 一 70km 內(nèi)復(fù)合比在 到 5ppmv之間 ) 可以由函數(shù) (417)來(lái)近似，其中寬度用 k? 來(lái)代替，即 : G H zDkkhk ???? ??? (420) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 41 頁(yè) 其中 ?? / 20222 fD ??? ，是多譜勒寬度的平方。當(dāng)頻率超過(guò) ITHz 時(shí)，水的吸收線超過(guò)了 1610 ??kmdB 。但當(dāng) ??f 時(shí)只能預(yù)測(cè)出有限的非零值 [22]。 非諧振干燥空氣譜 在地面大氣壓下，干燥空氣的非諧振折射對(duì)衰減有一定影響 [23]，用函數(shù)表示如下 : 200])(1[)( ??? fpaffSfNpd ??? (421) }1])(1/[1{)( 2039。 )()( ?? effN c ??? ? （ 427） 上式作為水蒸氣線狀譜的補(bǔ)充。 絕對(duì)衰減系數(shù) ),( UTPkx 是在頻率 GHzfx ? 內(nèi)在以下條件下對(duì)純水和潮濕空氣的測(cè)量值 : 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 總壓強(qiáng) epP ?? kpap 150~0? ； 溫度 T=8~43C0 )~( ?? 。 根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，得衰減的表達(dá)式為 : 1223 ])()()([10 ?? ???? kmdBpTkepTkeTkk dfsx （ 428） 其中 k系數(shù)關(guān)于溫度的函數(shù)由公式 xkTk ??)( 確定，故有 : ??sk ??fk （ 429） ??dk 方程 (427)提供了在輸入數(shù)據(jù) (P， T， U)很大范圍內(nèi)的基本公式。折射率由下式給出 : )1(2 9)( 2 ?? ?? WfN W (430) ])1(21[29)( 2239。2??? ?? （ 432） ? 是常數(shù) (f=0)，而 39。在 300GHz以上方程 (430)計(jì)算的 WN 值比實(shí)際值偏小。 介質(zhì)水的介電常數(shù) )(f? 由一個(gè)新的雙德拜模型決定 : 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 41 頁(yè) )(1))(()(1))(()(21210SSPPfffffffff??????????? （ 433） 2221210 )(1)(1)()(39。其在毫米波段，當(dāng)大氣能見(jiàn)度很低的條件下能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。 降雨的 MPM 近似模型 雨滴的折射率 RN 同時(shí)受到吸收和散射作用的影響。米爾公式需要知道雨滴外形，尺寸和水的介電常數(shù)，計(jì)算過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，為了避免這種復(fù)雜的計(jì)算， Liebe提出下面的近似，即： 2)( RcfN RR ? (438) ? ?)1( )(39。 表 公式 ()即由降雨形成的折射模型是通過(guò)米爾計(jì)算的最小二乘擬合得到的，這種近似是基于 Marshall一 Palmer 液滴尺寸分布函數(shù)的。通過(guò)前節(jié)所述的方法，雨的 MPM模型式能夠?qū)Υ髿鈧鬏斝?yīng)加以估計(jì)。在 10GHz 以上，雨的衰減系數(shù)會(huì)迅速增加 。 晴空的 MPM 模型修正模式 譜線吸收由 44 條 2O 吸收線和 30 條 OH2 吸收線組成，并且其相對(duì)應(yīng)的系數(shù)發(fā)生了變化 。具體計(jì)算如下。其中的參數(shù)見(jiàn)表 和。 云霧天氣下的 MPM 模型 就大氣懸浮微粒含水量和溫度而言，云霧天氣條件下的光譜特性決定了頻率能使米爾 (Mie)散射理論的瑞利 (Rayleigh)近似公式合理化，它適用的頻率大約在 300GHz以內(nèi) [23]。為了計(jì)算大氣傳輸效應(yīng)，可以用瑞利吸收近似代替米氏散射理論。 根據(jù)第 MPM復(fù)折射率模型，得微粒折射率與功率衰減系數(shù)的關(guān)系為 : 1 )(1 8 2 ??? kmdBffNk WW (453) 定義平面波傳播因子為 ]/)101(2e x p [ 6 cNjfL ??? ? ， L是傳輸距離， c 是光在真空中的速度 。液態(tài)水的復(fù)介電常數(shù)是 )()(39。以上各項(xiàng)滿足 : )231(23 00 ??? ?WN （ 455） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 41 頁(yè) ])1(21[29)( 20 ?? ?? ???? WfN W (456) 其中： 39。 以上各式代入 ? 表達(dá)式，其中相對(duì)反射溫度變量 : ?? T? （ 459） 溫度 T的單位是 C0 。 通常假設(shè)霆，霧和非沉降云由無(wú)極化水滴組成，其半徑極小，約在 50 m? 以內(nèi)，這些小水滴的體積足以使它們懸浮在空氣中，并且存在微小渦動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，通常情況下，只有當(dāng)大氣達(dá)到輕微的過(guò)飽和 (相對(duì)濕度為 100一 101%)狀態(tài)時(shí)，密度 值砰才會(huì)比較大 ( 3310 ?? ?? mg )。在大氣中， W會(huì)在時(shí)間和空間上經(jīng)常變化。 用 MPM得出的霧天、多云和陰天毫米波段的衰減系數(shù)的比較，可見(jiàn)，霧天由于大氣含水量較小，因此對(duì)衰減系數(shù)的影響較小，而隨著含水量的迅速變化，在陰天的衰減急劇升高。是雨滴半徑 (m），系數(shù) ? 由雨強(qiáng) )( 1??hmmR 決定并且滿足 雨衰減數(shù)的一般表達(dá)式為 : drbalx redrrQrnk i iireeR ])Re ()12(2[)1016()()( 12060 ?????? ?? ???? ?? （ 462） 其中 )(rQe 為衰減截面積。而 MPM模型對(duì)雨天的衰減作了一定 的近似處理，使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化。 由于雨具有懸浮于飽和空氣中對(duì)流云 ( 35 ??? mgW )的統(tǒng)計(jì)特性 [27]，根據(jù)瞬時(shí)懸浮液滴密度公式 3??? mRgmW RR 相關(guān)參數(shù)的取值，可以把中緯度地區(qū)的降雨分成如下表所示，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)第 。為了本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 41 頁(yè) 簡(jiǎn)化計(jì)算， Liebe提出 了降雨的近似模型，第 ，聯(lián)立得雨滴折射率的虛部為 : 22112 )( yfxyRR RfxRcfN ?? （ 463） 其中 R為降雨率，系數(shù) xi， yi(i=1， 2)由表 。晴空的吸收系數(shù)在6OGHZ 附近，存在著氧氣的吸收峰，此時(shí)氧氣存在諧振吸收，在 50 一 70GHz 內(nèi)存在一個(gè)吸收帶。 晴空的衰減系數(shù)為 : )( ffNkCLE AR (51) )()()()( fNfNfNfN cL d ??? (52) jj jii iL fFSfFSfN )()()(301441 ???? ?? (53) 00 ])(1[)( ??? fpaffSfN psd ???)(])()[( 2 ffpepfep fp ??? ?????????? ???fepefN c )(10)( ?? ?? ? (54) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 41 頁(yè) )()()()( fNfNfNfN cL d ??? (55) 表 45 50 55 60 65 70 75051015f ( G H z )k(