亚毫米波频段在水凝体中传播特性研究(3)
大气粒子的分布指的是在大气中不同直径的粒子所占的比例及分布。大气中的粒子不仅化学组分不同(对吸收作用有影响)，而且粒子的尺寸和形状也有所差异(直径一般介于0.01µm～10µm，并呈现圆形、棒形以及椭圆形等形态)，如表1. 2所示。
表1.2 各种粒子的直径及浓度
粒子类型 粒子直径(µm) 粒子浓度(cm-3)
大气分子 10-4 1019
气溶胶 10-2～1 103～10
雾滴 1～10 102～10
雨滴 102～104 10-2～10-5
尺寸分布的含义是将粒子的密度(或浓度)表述为粒子半径的函数，这与高度分布函数将粒子的密度(或浓度)作为高度的函数是类似的。
2 亚毫米波大气传播特性基础
大气传输特性对光电探测系统设计有着十分重要的意义。光电探测系统一般由目标源、探测器和传输介质组成。传输介质对系统设计参数的实现影响很大，故而研究传输介质的吸收、散射和湍流对衰减的影响成为系统设计的重要步骤。
在上世纪五十年代，就已经有各种用于大气传输计算的模型，但这些模型主要集中在毫米波和红外波段。而关于亚毫米波的大气传输特性的研究始于上个世纪七十年代，由于应用的限制，在亚毫米波段的模型数量很少，而且过去发表的文章几乎都在研究大气吸收机理和吸收系数，对散射方面的研究很少。
传输效应中，吸收效应更加稳定。由于不同地区的大气中尘埃、水(冰)，以及盐类溶胶存在差异，散射效应会因这些粒子的变化产生差异。因此，在很多大气窗口是根据吸收效应来确定的，吸收效应的理论描述代表了大气传输的基本特性。
很多表述模型在红外和毫米波窗口中是通用的。但是这些模型对于亚毫米波会存在误差，通过对红外、毫米波区域内的吸收机理进行研究分析,认为可采用模型加权系数来修正。在加权系数中有参变量的存在，再通过利用已获得的亚毫米波段的离散数据，利用数学叠代算法可以计算加权系数中的常数项，从而得出在亚毫米波段对应的模型。大气散射研究是在以Mie和Rayleigh理论为主要基础上进行的。现今对于大气散射的问题，由于其复杂性以及针对单粒子模型应用的局限性，为了使模型具有一般性，采用了粒子分布的统计模型代替单粒子模型。模拟计算表明，统计模型的计算结果与亚毫米波段的实验数据基本吻合。统计模型为不同直径粒子对同一入射波长散射描述提供了分析方法。我们可以采用数学近似方法，用算术平均值表达对同一波长散射。为方便模型的使用，在研究吸收和散射机理的基础上，仍采用宏观气象参数为模型主要参变量，从而去除了振动、转动等微观难以表述形式，使模型应用更加方便。
2.1 亚毫米波的大气吸收特性
大气吸收窗口指的是由于大气分子的能级跃迁产生的吸收谱带，根据波长分为红外、毫米波、亚毫米波大气窗。气体分子吸收电磁波的能量并转化成另一种形式的能量（即内能），这就是吸收效应和辐射效应的成因。亚毫米波段的大气吸收主要原因是由于分子振动和转动形成能级跃迁消耗了传输能量。对于亚毫米波段的吸收作用， H2O和O2起了主要作用
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