基于大气上界太阳辐射的地表温度估算.pdf

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1、第2期矿山测量NO．22011年4月MINESURVEYINGADr．2O1ldoi：10．3969／j．issn．1001—358X．2011．02．021基于大气上界太阳辐射的地表温度估算段龙飞，黄晓东，王梦(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083)摘要：在遥感应用-中，运用MODTRAN软件求解大气透过率的参数比较多，而大气中各个参量的变化和不均匀性，给大气透过率和地表温度的计算带来很大的不便。文中基于大气上界的太阳日辐射。提出基于大气整体透过率的建模思想，以太阳能量子穿过大气到达地表损失的能量与大气上界的太阳常数比值作

2、为大气透过率的近似解，通过建立地表热传导的线性方程，实现了地表温度求解。关键词：大气透过率；MODTRAN；太阳常数；地表温度．中图分类号：P237文献标识码：B文章编号：1001—358X(2011)02—0064—04随着遥感技术的发展，地表温度的反演运算也I．3大气上界水平面上太阳辐射通量变得越来越重要，限于大气的多变性和多层性，太阳由于不同时刻太阳处于不同的高度，人射到大辐射在大气中的传播研究的越来越多，由于大气的气上界水平面上的太阳辐照度是：复杂性，使太阳辐射经过大气到达地表的辐射能量S0=Sod(sinq~sin8+coscos占cos

3、c[J)(4)计算显得比较复杂，这里通过MATLAB编程、大气物对地球上的任一点(，A)，大气上界在单位面理学和结合多篇文献构想对大气层的整体假设提出积上接收到得太阳辐射通量为¨：自己的计算方法。Qd(，A，D)=sodt(5)·：ft2d2S0(sin~sin6十coscoscos甜)dt1大气上界太阳辐射计算⋯——=，：d．5o(sin~sin8+cosScos~pcosto)l-dt1．1太阳时角和赤纬角厶7／以地球大气表面为观测点，根据太阳各个时刻2地表面通过率假设模型的天顶角0和方位角O／进而计算出太阳时角和太阳赤纬角8(日地中心连线与赤

4、道平面的夹角)：假设地球在某一瞬间的太阳常数为：。0=i”~sin8。。~vcos8COSf1)Io=1367W／mCOSO／=(sin8一sin~pcos0)／(cos~vsin0)把地球假设成一个球面，地球体与地球大气之1．2太阳常数间是一个球面环形体，把中间的环形体看作一个整太阳常数值在不受大气影响，在距太阳一个天体考虑，可以做多层处理，认为太阳常数为一个能量文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积时间子，该能量子所携带的能量为1367W，经过大气的黑体所接受的太阳辐射能量：透射和散射后到达地球表面，因为我们认为能量是S。=YoSdA(2)

5、守恒的，太阳能量子经过大气损耗到达地表，除了损考虑到日地距离的变化所以给出太阳常数的一失的能量外剩下的几乎都被地表吸收，则从太阳常个修正值：数的某一点球面射向地球表面的辐射能可以认为是S。=S。(／d)=So(3)经过大气整体后的透射能量。式中：d为日地距离，d=(／d)为日地距离地表的连续观测点温度参见表1。的订正因数。。表】选取地表不同区域点的温度地表向外辐射的能量为：==5。67×10一×()(6)斟蝴第2期段龙飞等：基于大气上界太阳辐射的一地一表一温度估一算2011年4月则所测得的太阳常数位置所在的球面空气到地球表面的大气平均透过率可以近似

6、为：，D⋯(7)图1给出了模型近似的大气透过率值，取其平均值为：0．3387。U12345b，8910111213时间顺序图2太阳日辐射通量转，太阳所能照射的地球某一纬度的表面面积在变化，再加上低温所造成的空气凝结，大气的雾气增多，致使大气对太阳辐射的拦截作用增强，所以会感点号到冬天的13光比夏天的弱。图1大气透过率3．2地球表面点元的能量守恒假设地球表面的某一点，每个时刻接受到得太阳的辐射3地表日辐射总量计算能量可以由上式求出，向下传递的能量可以用同种物质3．1大气上界太阳辐射通量计算的一维热传导方程求解，向上传递的能量是质点自身的所观测点位置的

7、纬度为4O。，取子夜为0时刻，热辐射(这里为了简化不考虑显热和潜热交换)，则则有：该质点的下一时刻的温度可以用公式：一．．Q⋯=Q：+orr(9)Qd=二s0(0sinq~sin6+cosq~cosScosto0)’II式中：s表示地表吸收率；表示斯特凡一波尔(8)兹曼常数；T表示地表瞬时温度；式中：T=84600S；根据文献可以获得不同地物对长波辐射的吸收本文应用MATLAB分别计算每月1号、15号、率曲线如图3。20号的日辐射通量并用ORIGIN绘制参见图2。图2中列出了1号、15号、20号、28号大气上界1_m日辐射通量值的对比，l号的日辐射

8、通量值在七月份。98达到最大值，15号、20号和28号的则是在六月份达到最大值，四条曲线在六月份有交叉点，交叉点值分n别为