大气紫外临边光谱特性分析

《大气紫外临边光谱特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、大气紫外临边光谱特性分析江芳（中国科学院空间科学与应用研究中心，北京10080）摘要：本文对不同波长的紫外临边散射辐射特性的模拟计算以及太阳天顶角、观测方位角和地表对临边辐射的影响进行分析，旨在了解地球临边紫外散射的光谱特性和影响因子。关键词：临边辐射，臭氧1、前言大多数光学遥感探测都属于这三种范畴：天底探测，掩星探测和临边探测。天底探测具有全球性特点，而掩星探测具有较高的垂直分辨率，而临边探测则同时兼有两者的优点。地球临边辐射探测已经成为探测臭氧等大气微量气体、平流层气溶胶和中间层夜光云的有力探测方式。太阳辐射到达地球大气后，在传输过程中主要受到两方面的衰减，即大气成分的吸收和路径散射。就

2、200-400nm的紫外波段而言，大气吸收成分主要包括氧分子、臭氧等，而大气散射主要包括分子散射和气溶胶散射。星上临边扫描探测仪接收到的紫外辐射主要来自于沿临边观测路径散射到仪器视场内的辐射。本文通过对不同波长的紫外临边散射辐射特性的模拟计算以及太阳天顶角、观测方位角和地表对临边辐射的影响进行分析，旨在了解地球临边紫外散射的光谱特性和影响因子。2、不同波长紫外临边散射辐射的特征本文计算卫星接收的临边散射辐射的输入参数如下：选取AFGL中纬度夏季大气，大气顶高为100公里，气溶胶为乡村夏季气溶胶，能见度23公里，平流层背景气溶胶，平行平面大气的DISORT算法，流数为8。考虑臭氧吸收，分子散射

3、，气溶胶散射和吸收等物理过程。臭氧在200-400nm的吸收系数如图1：399图1图2是考虑气溶胶的吸收和散射效应，太阳天顶角为45°，临边观测相对太阳的方位角为0.0°，地表反照率为0.2，仪器接收到的各个紫外波段的临边散射辐射的垂直分布。图2400由图2可见，当波长小于310nm时，从大气最高层往下约到70公里附近，仪器接收到的临边散射辐射都随着高度的降低而指数增加，随后随着高度的降低继续增加，到达某一高度处辐射达到最大，随后随着高度降低而缓慢下降；对于大于310nm的紫外波段，辐射随着高度下降而指数增加到70公里附近，然活随着高度降低继续快速增长，随后随着高度的下降继续缓慢增加。在高层

4、，臭氧含量较低，散射占主导作用，而随着临边切点高度的降低，散射粒子密度逐渐增大，临边观测路径上散射粒子增加，因而对于所有紫外波段而言，散射到卫星仪器的辐射增多。对于小于310nm的波段，由于臭氧吸收强烈，当临边辐射切点高度下降到一定高度，路径臭氧吸收和散射衰减增加，抵消了由于散射粒子增加而增加的散射到仪器视场内的辐射，因此在该高度，仪器接收到的辐射达到最大，再往下仪器接收到的散射辐射逐渐减少。对于大于310nm的波段，由于臭氧吸收相对较弱，随着临边辐射切点高度的下降，路径臭氧吸收和散射衰减始终不敌由于散射粒子增加而增加的散射到仪器视场内的辐射，故随着高度的降低临边辐射始终是增加的，只是当切点

5、高度低于臭氧集中分布的20－25公里高度，由于路径臭氧吸收衰减增加，使得散射到仪器视场内的辐射增加的很缓慢。3、不同太阳天顶角的紫外临边散射辐射特性考虑气溶胶存在时，波长为210nm、250nm、290nm、310nm、350nm、390nm，太阳天顶角分别为5°、30°、45°、60°、75°、88°，相对方位角为0°，地表反照率为0.2时，计算得到的卫星仪器接收到的临边散射辐射的垂直分布如图3。401图3由图3可见，对于波长短于310nm的臭氧吸收强烈的波段，仪器接收到的各切点高度的临边辐射都随着太阳天顶角的增大而增大，而只有当太阳天顶角增加到88°时，不满足上述规律。这是由于在散射占主

6、导地位的高层大气，随着临边切点高度的降低，散射粒子402密度逐渐增大，而太阳天顶角越大，历经的散射粒子越多，散射到仪器视场内的辐射越大，然而，增至88°时，辐射从平流层以下，随着切点高度的降低而迅速下降，这是由于太阳位置很低时而临边散射路径高度也低时，临边散射路径增长，路径臭氧吸收和散射衰减的增加，使得辐射随着高度的降低衰减的很迅速。对于波长长于310nm的臭氧吸收相对较弱的波段，仪器接收到的各切点高度的临边辐射都随着太阳天顶角的增大而增大，而当太阳天顶角增大到75°时，辐射从平流层中部开始随着高度的下降而快速减小，增到88°时，辐射从平流层中部随高度下降而减小的趋势更加剧烈，这是由于太阳位

7、置很低而临边散射路径高度也很低时，临边散射路径变的很长，且散射路径上的气溶胶粒子和大气分子浓度较高，故而导致紫外辐射的长路径衰减。4、不同观测方位角的紫外临边散射辐射特性考虑气溶胶存在时，波长为210nm、250nm、290nm、310nm、350nm、390nm，太阳天顶角分别为45°，相对方位角分别为0°、45°、90°、135°、180°，地表反照率为0.2时，计算得到的卫星仪器接收到的临边散射辐射的垂