红外技术在夜视、导弹制导、空间遥感,天文学等地球表面和空间领域具有极其重要的应用。由于地球大气对红外辐射的吸收和散射,大气红外透过率是影响红外目标探测的一个重要因素。在红外夜视、观察瞄准、红外制导等军事方面,大气自身红外辐射不仅是一个强“背景”,大气透过率更是决定了目标辐射到达探测器的强度。在红外遥感系统设计中,大气拥有两个重要光学性质:其一是辐射源与接收器之间大气路径的透过率,其二是大气的辐射强度。在天文红外观测中,大气透过率决定了大型红外望远镜的选址地点。地球大气是由多种分子组成的,主要成分为水蒸气、二氧化碳和氮气等,大气红外透过率主要决定于这些分子的吸收。地球表面不同海拔高度的环境温度、气压以及相对湿度的变化会严重影响分子的组分、浓度等特性,此外,大气的气象状况也随时发生变化,因此,对不同海拔下的大气红外透过率进行理论研究和实时测量具有重要的意义。目前获得大气透过率的方法主要有理论计算,软件仿真和实际测量,本文使用了这三种方法从以下几个方面对不同海拔高度下的中波(4.605-4.755μm)大气红外透过率进行了研究:1、首先讨论了大气红外透过率的理论计算方法,计算过程中主要考虑大气的吸收和散射。包括水蒸气和二氧化碳分子的吸收,以及气溶胶的散射影响,通过数值拟合获得可降水量和吸收透过率以及二氧化碳路径和吸收透过率的关系,并且利用气象视距获得散射透过率,最终得到中波红外4.6μm,4.7μm和4.8μm处,海拔高度5km,3km和0km的中红外大气透过率。其中5km处4.6μm,4.7μm和4.8μm的中红外大气透过率分别为:0.969,0.931,0.661。3km处的中红外大气透过率分别为0.915,0.836,0.451,0km处中红外大气透过率分别为:0.907,0.820,0.348。利用加权平均的方法得到了三个海拔高度下4.605-4.755μm的平均中红外大气透过率分别为0.906,0.805和0.780。2、提出了一种可以昼夜测量大气透过率的实测方法。以大气自身辐射为目标,通过单色辐射转移方程获得整层大气红外透过率,并将测量设备制冷到-40℃来降低仪器自发辐射。对红外测量设备的定标进行了研究,在一元定标模型的基础上提出了分离积分时间以及环境温度的三元定标模型,其拟合相关系数可达到1。最后,在三个不同海拔高度下的地点(西藏阿里,青海德令哈,北京怀柔),通过对不同天顶角的大气辐射进行测量,拟合得到的4.605-4.755μm的平均大气透过率分别为:0.831,0.766和0.673。3、使用MODTRAN商业软件分别对海拔5km,3km和0km的大气红外波段透过率进行了仿真,仿真结果分别为0.848,0.796和0.691,三个不同海拔高度下的仿真结果比实际测量结果分别高2%,3.9%和2.3%,说明本论文实测方法的可行性与准确性。此外,将水蒸气,二氧化碳,臭氧,氮气吸收造成的透过率分离出来后,水蒸气吸收对透过率影响最大。仿真结果表明:海拔高度为5km的阿里当天整层可降水量约为1.67mm,而德令哈的可降水量约为3.44mm,怀柔的可降水量约为2.16mm。阿里的可降水量远远低于德令哈和怀柔,导致其大气红外透过率明显高于另外两个低海拔地区。