大氣輻射

大氣吸收地面長波輻射的同時，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由於大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長較長，故也稱為大氣長波輻射。

當溫度大於絕對零度時，大氣中的氣體（主 大氣輻射主要是氧和水汽）、水滴（雲、雨和霧）和冰滴(主要在冰雲中)均會輻射電磁能，併產生熱輻射雜訊。在微波波段，這種熱輻射雜訊的特性通常用亮度溫度來表徵，亮度溫度與熱力學溫度之比稱為發射率。大氣輻射分子中的電子從高能態躍遷到低能態釋放出電磁能，形成輻射。分子吸收入射電磁能，使電子從低能態躍遷到高能態，形成吸收。一種分子具有的能態數是一定的。因此，它的輻射頻譜和吸收頻譜相同。大氣輻射根據基爾霍夫定律，發射率等於吸收係數。在氣體中，分子密度小，碰撞只使譜線加寬，仍是離散的。但在固體或液體中，分子密度很大，碰撞使譜線混在一起而形成連續譜，在所有的頻率上均有吸收和輻射。

在實際的大氣傳輸過程中，因吸收和散射而損失一部分能量；另一方面，大氣輻射又使總能量增加。

在實際的大氣傳輸過程中，因吸收和散射而損失一部分能量；另一方面，大氣輻射又使總能量增加。求解描述這個過程的傳輸方程（忽略散射），即可得到觀測點上的亮度溫度T

式中光學厚度；分別為沿路徑點上的溫度和吸收係數。在散射影響可忽略的情況下，只要採用相應的具體數值，大氣氣體、雨、雲和霧的亮度溫度均可採用上式求得。晴天時是氣體和水汽吸收係數之和；其他天氣時,是氣體吸收係數與雲、雨或霧的吸收係數之和。當波長較短或水滴較大時，則不可忽略散射的影響。這時，計算雲和雨亮度溫度的公式複雜得多。

假若大氣是球面分層，用代替,則在天頂角θ方向上的亮度溫度可簡化為式中為天頂方向上的光學厚度;為平均輻射溫度。亮度溫度的一般變化規律是：當一定時，天頂方向上T 最小，水平方向上T 最大；增大時,T值也增大，但T 值不會超過值。晴天和天頂角不太大時，均可看到在氧和水汽譜線附近出現亮度溫度的峰值。

大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射大氣輻射是地面獲得熱量的重要來源。由於大氣逆輻射的存在，使地面實際損失的熱量比地面以長波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱為大氣的溫室效應。這種大氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約18℃。月球則因為沒有像地球這樣的大氣，因而，致使它表面的溫度晝夜變化劇烈，白天表面溫度可達127℃，夜間可降至-183℃。

大氣輻射雜訊會對接收系統，特別是 大氣輻射對雜訊係數很低的系統造成有害的影響。但在大氣無源微波遙感中，卻能利用大氣輻射雜訊的各種特性，測量大氣的溫度分佈、水汽密度分佈和雲中含水量等大氣參數。