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《热红外波段大气透过率和程辐射的估算方法_董仁杰》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、第25卷第2期海洋技术Vol.25,No.22006年6月OCEANTECHNOLOGYJune,2006热红外波段大气透过率和程辐射的估算方法董仁杰,李铜基,陈清莲,高飞(国家海洋技术中心,天津300111)摘要:文中对MONTRAN模型内嵌6种大气模式的主要特性差异进行分析,并以中纬度夏季大气模式为例,分析了主要参数(如水汽、臭氧以及气温等)对估算热红外波段大气透过率和程辐射的影响。论文最后对利用探空数据构造完整大气模式进行了研究。关键词:热红外;MODTRAN模型;大气透过率;大气程辐射中图分类号:TP722.4文献标识码:A文章编号:1003-2029
2、(2006)02-0078-06(TROP)(北纬15°)、中纬度夏季大气(MS)(北纬45°,7前言月)、中纬度冬季大气(MW)(北纬45°,1月)、亚北极区热红外大气传输计算通常选用MODTRAN[1,2]辐射模夏季大气(SS)(北纬60°,7月)、亚北极区冬季大气(SW)(北纬60°,1月)、1976年美国标准大气(USSTD)。型,影响红外辐射计算准确度的因素在于MODTRAN模型6种模式都有其相应的气压、气温等大气轮廓特征。图1给中输入参数的精度。在MODTRAN算法中需要输入大气模出这6种大气模式的主要轮廓分布特征,图1.a～g分别为式、目标表面参
3、数、气溶胶模式、几何路径、光谱波段和光温度、气压、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、一氧化碳谱步长等参数。(CO)、水汽(H2O)和臭氧(O3)体积混合比(ppmv,利用现场测量的地表和大气数据,通过MODTRAN辐-610)的大气剖面轮廓。由图1可见,6种大气模式的气压射传输模型不仅可以计算出卫星入瞳处的辐射亮度,而且和N[3]2O、CH4、CO等体积混合比不变的吸收气体其分布可以计算出大气程辐射和大气透过率等参数。本文对规律变化不大,而温度、水汽和臭氧的分布变化明显。MONTRAN模型内嵌6种大气模式的主要特性差异进行在其它输入参数相同的情况下(见表1
4、),分别采用这分析,并以中纬度夏季大气模式为例,分析了主要参数(如6种大气模式估算对应的大气透过率和程辐射,结果如图2水汽、臭氧以及气温等)对估算热红外波段大气透过率和程所示。辐射的影响。最后,对利用探空数据构造完整大气模式进行从图2可见,根据6种大气模式估算出的大气透过率了研究。以及程辐射存在很大差异。在其它参数相同的情况下,产生1MODTRAN内嵌大气模式及其差异差异的主要原因是6种大气模式的温度、水汽和臭氧廓线之间的差异。MODTRAN内嵌了六种大气模式:热带大气图1(a)温度随高度的变化图1(b)气压随高度的变化收稿日期:2005-12-12第2期董仁
5、杰等:热红外波段大气透过率和程辐射的估算方法79图1(c)甲烷体积混合比随高度的变化图1(d)一氧化二氮体积混合比随高度的变化图1(e)一氧化碳体积混合比随高度的变化图1(f)水汽体积混合比随高度的变化各种气体的吸收以及气溶胶的吸收和散射决定了大气辐射传输的特性。本文假设气溶胶参数相同,对吸收气体对大气传输的影响进行研究。热红外波段最主要的吸收气体[3]是水汽、臭氧和二氧化碳(CO2)。虽然二氧化碳作为大气的不变成分,随季节和地理位置的变化不大,MODTRAN模型默认CO2体积混合比值为330ppmv,然而随着工业废[4]气的不断排放,CO2含量现已经达到38
6、0ppmv,其体积混合比值变化势必影响大气透过率和程辐射的估算精度。根据上述分析,我们以中纬度夏季大气模式(MS)中的大气参数为例,研究温度和主要吸收气体的变化对大气图1(g)臭氧体积混合比随高度的变化透过率和程辐射的影响。图2六种模式估算的大气透过率和大气程辐射对比图1.1二氧化碳的影响估算所对应的大气透过率和程辐射,结果见表2。图3为采选用中纬度夏季模式的大气廓线,CO2参数分别选取用不同CO2体积混合比值所得的大气透过率和程辐射的对330ppmv和380ppmv,其它参数仍按表1参数输入,分别比图。80海洋技术第25卷图3采用CO2的不同混合比值所估算的
7、大气透过率和大气程辐射表1MODTRAN模型输入参数表2不同的CO2体积混合比值估算的大气透过率和大气程辐射大气模型MODTRANMS-CO2330ppmv380ppmv大气模式6种模型透过率0.5540.553大气路径类型倾斜路径程辐射32.56832.665运行模式热辐射有多重散射的运行观测者高度的多次散射*辐亮度值的单位:mW/(m2·sr·cm-1)温度和气压高度分布默认模式从图3中可以看出选取不同CO2的体积混合比值,大气的透过率和程辐射变化较小。这是因为大气中CO2含量臭氧、甲烷、等气体高度分布默认模式较小,而且在热红外波段吸收带较窄。从表2可得出
8、CO2的二氧化碳混合比380体积混合比
