Najnižja plast je troposfera, ki se razteza od tal do višine približno 11 km. V njej se odvijajo vsi pojavi, ki omogočajo življenje. Temperatura z višino pada v povprečju za 6,5K /km, tlak pa se spreminja od 1 atmosfere (100kPa), do nekaj desetink atmosfere(nekaj 10kPa) na njenem vrhu. V njej je večina najpomembnejsih snovi (H2O, CO2, oblaki, megla, aerosoli), ki slabijo vsa sevanja, tako infrardeče kot vidno svetlobo ali pa radijsko sevanje.
Naslednja plast je stratosfera, ki se razteza do visine približno 50km, v njej je ozon O3, ki močno absorbira ultravijolično sevanje z valovnimi dolžnami od 0,3 mikrometra in manj ter tako sčiti življenje na Zemlji.
Mezosfera se razteza od 50km do 90km, kjer je ozračje že tako gosto, da začenjajo žareti meteoriti.
Nato tja do višine 300km sledi ionosfera, ki je pomebna za razširjanje radijskih valov. Nad njo se do višine 500km raztezata še termosfera in eksosfera, nato pa se prične zunanji prostor.
Ozračje sestavljajo različni plini in v njem suspendirani delci. V tabeli I so nasteti najpomembnejsi plini in njihova medsebojna prostorninska razmerja v suhem ozračju.
Tabela 1 : Sestava suhega ozračja
*Podatek iz leta 1991, njegova koncentracija narašča in bo leta 2000 približno 0,038%. **Njegova koncentracija se v onesnaženem ozračju spreminja.
Poleg omenjenih plinov je v ozračju tudi vodna para, s spremenljivo koncentracijo od 0 do 2% ter vrsta drugih plinov, kot na primer: CO, HNO3, NH3, H2S, S02, NO, itd.
Delci v ozračju so zelo različne sestave, oblike (okrogli, elipsoidni, paličasti, itd.) in velikosti (od priblizno 0,0l mm do l0mm), zato jih je tudi veliko teže matematično-fizikalno opisati kot plinske molekule. Delijo se v dve veliki grupi: aerosole in hidromete.
Aerosoli so zelo majhni, saj imajo radije manjše od mikrometra in so zato suspendirani(razpršeni) po ozračju. Največjo koncentracijo imajo blizu površine in s sipanjem zelo slabijo vidno svetlobo, zato se njihova prisotnost opazi kot mrč ali pa kot spremenjena barva ozračja nad horizontom (belkasta, oziroma manj modra).
Hidrometi sestoje predvsem iz vodnih delcev večjih dimenzij, bodisi v tekočem ali pa trdnem stanju. Primeri so različni oblaki, meglice in megla, dež toča, sneg, vodni(morski) pršec, itd.
V tabeli so zbrani podatki o velikosti za nekaj tipov najpogostejših delcev v ozračju.
| Tip | Radij [mm) | Koncentracija [ zrn-3) |
| Molekule zraka | 10E-4 | 10E19 |
| Aerosoli | 10E-2 do 1 | 10E3do 10 |
| Megla | 1do 10 | 100 do 10 |
| Oblak | 1do 10 | 300 do 10 |
| Dezevne kapljice | 10E2 do 10E4 | 10E-2 do 10E-5 |
IR sevanje se pri prehodu skozi ozračje oslabi in sicer s procesom absorpcije ter
sipanja na molekulah, aerosolih, hidrometih, dimu in prahu. Poznavanje mehanizmov,
predvsem pa stopnje slabljenja sevanja, je zelo pomembno s stališča uporabe
termovizijskih naprav v vojaške namene. Od tega je namreč odvisna razdalja odkrivanja
in prepoznavanja objektov. Največ podatkov o prepustnosti ozračja so zbrali Američani
in to po vsem planetu, v vseh letnih časih, v različnih nadmorskih višinah in za cel
spekter sevanj od UV do radijskih valov.
Največji del termičnega sevanja z valovnimi dolžinami med 2 in 20 mikrometri se
absorbira na vodni pari, ogljikovem dioksidu in ozonu, ki tako v največji meri
omejujejo prepustnost ozračja na znani "okni" 3 - 5 in 8-14 mikrometrov.
Drugi mehanizem slabljenja sevanja, to je sipanje na molekulah, aerosolih, prahu,
dimu in hidrometih, je zelo odvisen od velikosti delcev in valovne dolžine svetlobe.
V splošnem velja, da je slabljenje manjše čim manjši so delci in čim daljša je valovna
dolžina. To je zelo pomembno dejstvo, kajti to pomeni, da je slabljenje IR svetlobe
z valovnimi dolžinami med 8 - 14 mikrometri bistveno manjše kot slabljenje vidne svetlobe,
pri enakih fizikalnih pogojih v ozračju seveda. S termovizijsko kamero tako torej vidimo
skozi prah, dim, skozi tanjše in redkejše oblake, skozi meglice in mrč, veliko bolje kot
s prostim očesom.
Razne dimne zavese, ki so bile tako popularne in učinkovite med drugo svetovno vojno,
so praktično popolnoma "prozorne" za termokamero, ki deluje v pasu od 8 - 14mm.
Seveda iskanje in razvoj protitermovizijskih dimnih zaves teče, toda fizikalnih
zakonov se ne da prav enostavno prelisičiti. Današnji protitermovizijski dimi
učinkovito maskirajo termalno sceno le krajši čas, okrog 1 minute.
Prepustnost ozračja lahko popišemo z enačbo:
t = exp(-sR) pri čemerje: s = a + y
s... ..celotni koeficient slabljenja
a. . . . . . absorpcijski koeficient
y. . . . . . .sipalni koeficient
R. . . . .razdalja
Tu velja pripomniti, da je matematično-fizikalni model slabljenja sevanja pri
prehodu skozi ozračje precej kompleksnejši kot ga opisuje zgornja enačba, ki rabi
le za vsebinsko ponazoritev.
Absorpcijska komponenta prepustnosti je določena v glavnem s temperaturo in relativno
vlažnostjo ozračja, medtem ko sipalno komponento določimo iz vidljivosti.
Po definiciji je vidljivost razdalja, pri kateri je kontrast med svetlostjo
opazovanega predmeta in okolice 0,02 oziroma 2%. Največji možni kontrast je seveda
1,0 oziroma l00% in sicer je le v primeru enakomerno osvetljenega idealnega črnega
in belega vzorca. V praksi to pomeni, da pri kontrastu 2% oko predmet ravno še udobno
vidi, loči od okolice, ali prepozna, če so izpolnjeni tudi drugi kriteriji za prepoznavanje.
Za ilustracijo so v spodnji tabeli podane značilne vrednosti sipalnega koeficienta y v
odvisnosti od valovne dolžine in za nekaj različnih vidljivosti.
Vzemimo torej primer rahlo meglenega ozračja, ko je optična vidljivost 1 km. Sipalni koeficient je v tem primeru precej velik, 4, in enak do valovne dolžne 5,0 mikrometrov. To pomeni, da bi tudi termokamera, ki bi sprejemala IR sevanje v pasu od 3 do 5 mikrometrov videla" le 1 km daleč". Popolnoma drugačna pa je vidljivost za valovne dolžine od 11 mikrometrov, tu je kar 4,2 km, to pa je v primerjavi z 1 km precejšnje izboljšanje.
V primeru, ko je optična vidljivost 2,8 km, pa so razmere se zanimivejše. V tem primeru je narava in sestava delcev v ozračju takšna, da je termovizijska vidljivost za pas od 3 do 5 mikrometrov celo nekoliko manjša od optične, a se v pasu od 8 do 12 mikrometrov poveča na okrog 14 km.
S poskusi je bilo ugotovljeno,da je v megli in oblakih slabljenje IR sevanja v območju okna 3 - 5 mikrometrov približno enako kot za vidno svetlobo, medtem ko je v obmožju okna od 8 do l4 mikrometrov za 2 do 3 krat manjše. To pa praktično pomeni za podoben faktor boljšo vidljivost.
