行星大气微波-亚毫米波辐射传输模拟研究.pdf

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4、11EJGJt1t!r!~~*'1-¥.m:1:~1¥iQxo.N.iiE)..;密级:硕士学位论文行星大气微波-亚毫米波辐射传输模拟研究作者姓名：付佳指导教师:王振占研究员中国科学院国家空间科学中心学位类别:工学硕士学科专业:电磁场与微波技术研究所:中国科学院国家空间科学中心2016年5月SimulationonMicrowaveandSub-MillimeterWaveRadiationTransmissionofPlanetaryAtmosphereByFuJiaADissertationSubmitted

5、toUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyNationalSpaceScienceCenterUniversityofChineseAcademyofSciencesMay,2016摘要摘要太阳系行星中，包含大气的星球有地球、火星、木星、金星等。各行星具有不同的大气成分和结构。研究模拟

6、行星大气辐射传输过程对行星大气成分探测、环境变化监测等具有重要的意义。微波-亚毫米波是遥感行星大气和表面的重要手段之一。常用的微波-亚毫米波大气吸收模式MPM/PWR，只能得到水汽、氧气、氮气在1-1000GHz频段内的吸收系数，无法模拟其它气体成分或更高频率的吸收特性。针对探测地球中高层大气成分或者其它行星大气的需求，本文采用逐线积分方法，基于HIRTRAN数据库中各气体分子的光谱参数，进行各气体分子在微波-亚毫米波波段吸收特征的模拟。利用辐射传输方程，对不同观测方式下的行星大气辐射亮温进行仿真，为后续地球乃至行

7、星大气成分探测模拟、频带的选择以及大气成分廓线反演提供模型及理论依据。本文首先详述了地球及火星的大气成分和结构。阐述了向上观测、垂直观测以及临边观测三种观测方式的探测机理，并对常用微波亚毫米波大气吸收模式MPM/PWR进行分析。重点分析了国外的微波-亚毫米波大气辐射传输模型的特点。之后，利用逐线积分方法计算行星大气的气体吸收系数。在逐线积分过程中，针对不同压强温度下的谱线线形的选择进行分析。为了在不影响精度的前提下提高计算速度，采用线形截断的方法，并将逐线积分方法与MPM/PWR模式进行了分析比较。通过计算行星大气

8、中各种气体在特定温度、压强、密度下的1-3000GHz范围内的吸收系数，分析了气体在微波-亚毫米波波段的吸收特性，并定量分析了HIRTRAN2012数据库中的谱线强度和空气半展宽的不确定性带来的系统误差。最后，利用辐射传输方程，模拟了行星大气辐射传输过程。进行了向上观测、天底观测、临边观测模式下的地球大气辐射亮温仿真；分析了地基微波-亚毫米波辐射计探测大气污