大气传输模型

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1、第16卷第2期强激光与粒子束Vol.16，No.22004年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.，2004文章编号：1001-4322（2004）02-0149-05*大气辐射传输模型的比较研究孙毅义，董浩，毕朝辉，李治平（烟台大学数学与信息科学系，山东烟台264005）摘要：讨论了三种通用的大气辐射传输模型的特点和使用限制，用辐射传输定律作了数值检验，并与实验测量资料作了比较。结果表明，氧碘激光和氟化氢泛频20P4激光谱线大气透过率的计算值与实验测量值吻合，氟化氢泛频

2、20P5却出现严重偏差。还研究了大气气溶胶种类对大气透过率计算和测量的严重影响。关键词：大气传输模型；大气透过率；激光大气传输；FASCODE；MODTRAN；LOWTRAN；HITRAN中图分类号：O438；P421文献标识码：A光辐射在大气中传输受到大气吸收和散射的影响，使到达接收系统的光辐射能量减弱，同时光辐射也携带了大气本身的信息。根据不同的应用目的，人们将把辐射源的波长选择在“大气窗口”以增加到达接收系统的能量，或选择在特定分子成分的吸收峰附近以测量传输路径上这类分子成分的含量。尽管应用目的不同

3、，它们都需要定量地求得测量时刻的大气透过率和辐射效应，正确地解释观测（遥感）资料。为此，大气传输模型一直为光电测量系统的设计人员和一些与地球大气中辐射传输有关的研究（如环境监测、气候学、气象学、激光传输及红外成像技术）所关注，光辐射大气传输模型的研究和应用越来越受到重视。经过大量大气科学工作者三十多年的努力，已经成功地开发并建立了宽、窄光谱带和逐个光谱线计算的大气辐射传输模型，这些传输模型包括多种观测方式，适用于非常宽的电磁波谱范围及多种可变气象要素。这些实用的大气传输模型对主动或被动型目标辐射传输及背景

4、辐射的计算有着十分重要的应用价值。［1］［2］［3］本文将简要地介绍目前比较通用的大气辐射传输模型LOWTRAN，MODTRAN和FASCODE的共同特点和主要差异，用辐射传输中常用的Beer定律检验大气辐射传输模型，给出高分辨率大气辐射传输模型对某些具有应用价值的化学激光大气传输的计算结果，并与已发表的实验观测资料相比较。希望通过介绍和结果的比较，使一些非大气传输专业的光电设计工程技术人员能够正确选择和使用大气辐射传输模型，有助于光电系统的设计和仿真，并能正确地定量解释实际大气环境中观测（遥感）到的资料

5、。1三种大气辐射传输模型的共同特点和主要差别LOWTRAN，MODTRAN和FASCODE都是由美国空军地球物理实验室（AFGL）根据不同的应用目的而开发和研制的宽带、窄带和逐线计算的大气辐射传输模型及其相应的应用软件。它们之间相互借鉴，取长补短，具有一组共享的公共模块，在编程时如同拼积木似的互相调用，这样也便于互相比较。-1这三个大气辐射传输模型具有如下共同的特点：它们都可以在非常宽的电磁波谱范围（0～50000cm，0.2µm～∞）内使用，都涉及了复杂大气条件下多种辐射传输量的计算。在这些计算模型中都

6、包括了1976年美国标准大气作为高度函数的温度、压力、密度以及水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳和一氧化二氮等30种气体混合比的六种参考模型大气，这些大气模型适合气候学选择的范围。同时还可以根据理论计算或实测资料，由用户自行定义模型大气，使这个模型在特定环境下仿真和使用显得特别灵活。此外，在这些传输模型实用程序中包括了具有代表性的大气、气溶胶、云和雨的模型，这些复杂的天气环境使它们具有更广泛的应用。模型还包括了水平、垂直、倾斜向上和向下传输等各种复杂的几何关系，在计算大气倾斜路径及沿着传输路径衰减量时，都考虑了大

7、气折射和地球的曲率。［4，5］这些辐射传输模型都利用了HITRAN数据库中的基本分子常数，然而，它们采取了各不相同的处置方法把这些常数换算成透过率和辐射度，显然，这些辐射传输模型具有不同的精确性。下面我们将讨论这些模型在应用这个信息时所采取的不同方法。*收稿日期：2003-05-30；修订日期：2003-08-18作者简介：孙毅义（1937—），男，研究员，从事大气光学（激光传输）和卫星遥感资料定量化研究；E-mail：ies@ytu.edu.cn150强激光与粒子束第16卷-1在HITRAN数据库出现之

8、前，LOWTRAN4A利用20cm分辨率的经验透过函数和有效吸收系数。从LOWTRAN5开始首次引入HITRAN80，以后，LOWTRAN的每个新版本都在分子成分的数目和计算效率上作了改进。直到1986年LOWTRAN7把吸收带模型直接与HITRAN86连接，使用单参数（压力）带模型（吸收系数），加上分子密度尺度函数。利用最小二乘方方法与逐线计算的透过率拟合，作了大量光学厚度的计算。-1-1MODTRAN除了把LOWTRAN2