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1.
利用大气分子的纯转动信号反演大气温度,被证明是一种精度很高的方法,目前已得到广泛的应用并在世界各地建立起多台纯转动拉曼激光雷达.全部的纯转动拉曼谱线之和是不依赖于温度的,利用这个特性,可以不需要任何的假设,反演大气气溶胶的消光.本文介绍了一种新的探测大气气溶胶的方法,首次提出通过提取纯转动单支谱(J=4和14),加上Rayleigh & Mie通道的激光雷达方程,不需要附加任何假设,导出了气溶胶后向散射系数的数学表达式. 相似文献
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《地球物理学进展》2015,(4)
中层大气闪电现象的研究是中高层大气的热门研究课题,本文主要从数值模拟方面对中层闪电的辐射光谱进行模拟研究.基于准静电场的物理机制,用点电荷模型计算雷暴云放电后形成的准静电场随高度的分布,以E/N(E为电场,N为大气密度)为输入参量,代入到Boltzmann方程求解电场存在下弱电离气体中电子能量分布的时变函数,结合各碰撞过程对应的碰撞截面及中性分子数密度,得到各过程所对应的激发率,在此基础上得到每个激发线的体发射率,将体发射率代入到大气辐射传输方程,计算得到辐射强度随波长的分布.文中以E/N=200Td产生的体发射率为例,计算产生的辐射强度可达到几千瑞利,光谱分布与大气成分、仪器观测路径等有关. 相似文献
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基于矩阵算法的海洋-大气耦合矢量辐射传输数值计算模型 总被引：3，自引：0，他引：3
基于矩阵算法开发了适用于精确计算海洋-大气耦合矢量辐射传输方程的数值计算模型- PCOART. PCOART首先将矢量辐射传输方程进行傅里叶展开, 得到与方位角独立的矢量辐射传输方程. 进一步离散天顶角, 得到矢量辐射传输矩阵方程, 并利用加倍法进行数值求解. 根据辐射在海洋-大气界面的反射和折射性质, 将海洋和大气矢量辐射传输过程进行耦合, 得到海洋-大气耦合介质系统的矢量辐射传输数值计算模型. 通过与MODIS精确瑞利散射查找表的比较, 说明PCOART计算瑞利散射辐射的Stokes矢量是精确的, 其对多次散射和偏振的处理是正确的. 同时, 通过Mobley水体辐射传输标准问题的验证, 说明PCOART适合于计算水体辐射传输问题. PCOART是精确计算海洋-大气耦合介质系统矢量辐射传输的得力工具, 它为进一步深入研究海洋-大气耦合介质系统辐射传输的偏振特性及遥感信息反演打下基础. 相似文献
4.
测量夜间135.6 nm大气气辉辐射强度是目前有效的电离层探测方式之一,我国即将在风云三号卫星上搭载仪器,利用该波段夜气辉辐射测量来反演电子总含量(本文所指电子总含量表示卫星高度以下大气柱的电子含量)及峰值电子密度,因此非常有必要开展相关的气辉发光模型及反演研究.在介绍氧原子135.6 nm波段夜气辉激发机制基础上,考虑辐射在传输过程中受到大气氧原子的散射及氧气分子的吸收,采用迭代法求解包含多次散射及大气吸收衰减的辐射传输方程,得到该波段的体发射率,最终通过考虑包含辐射传输的路径积分计算得到135.6 nm气辉辐射强度值.对结果的分析表明:该气辉模型能较好地描述体发射率随高度的分布特征,计算得到的135.6 nm夜气辉辐射强度在不同时空及太阳活动的分布与相应条件下峰值电子密度(NmF2)及电子总含量(TEC)的分布基本一致.相同的时空及太阳活动输入条件下,模式计算的135.6 nm夜气辉辐射强度与国外同类模式结果的值平均偏差约为3%.文中最后介绍了通过135.6 nm夜气辉的辐射强度探测来反演电离层峰值电子密度NmF2及电子总含量TEC的反演方法. 相似文献
5.
《中国科学:地球科学》2015,(11)
AURIC是由美国计算物理公司CPI与空军Phillips实验室联合开发的中高层大气紫外-可见光-近红外气辉辐射传输模型,是目前唯一用来进行中高层大气气辉辐射模拟研究的通用模型.基于MODTRAN模型的理论,AURIC可以进行80 km高度以上的辐射传输模拟并将辐射波段扩展到远紫外波段(80 nm).目前,CPI公司只面向全球发布了AURIC v1.2软件封装包,其只能进行2000年以前的单点计算,不适用于批量的中高层大气辐射模拟,更不能用于星上大气成分的批量反演.本文利用Matlab对AURIC v1.2地磁参数模块、大气电子密度模块、大气温度及各种中性气体成分密度模块进行了替代,将更新模块与原有的辐射计算模块相结合,将AURIC v1.2更新为AURIC-2012模型,其可以批量地进行全球的大气辐射传输模拟,可以与星载测量数据相结合进行中高层大气成分的批量反演,如O/N2、电子密度等,同时也为模型辐射计算模块的进一步改进和辐射机制的参数更新奠定基础.基于AURIC-2012模型,进行了气辉临边柱辐射强度模拟和体辐射率计算,并将结果分别与GUVI柱辐射强度和TIDI体辐射率实测值进行了比较,得到两者峰值的模拟平均相对误差都小于20%.最后,利用AURIC-2012对气辉临边柱辐射强度随纬度和高度的分布进行了二维模拟,并基于模拟对昼、夜气辉辐射强度分布特性及影响因素进行了分析. 相似文献
6.
1.27μm波段的氧分子近红外气辉是火星大气最重要的气辉辐射之一,该气辉高光谱分辨辐射传输模型的建立对于研制火星探测载荷,反演火星大气的风场温度场与臭氧浓度,以及研究火星空间物理,有重要的科学价值与工程意义.在研究火星大气O2(a1Δg)气辉光化学反应模型的基础上,提出了O2(a1Δg)气辉体辐射率的计算方法,并建立了火星大气气辉辐射传输理论;通过与用于研究火星大气特征的光谱学探测仪(Spectroscopy Spectrograph for the Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)的实测数据进行对比,验证了所建立的火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输模型的准确性;针对火星与地球大气的O2(a1Δg)气辉,在体辐射率、自... 相似文献
7.
《中国科学:地球科学》2017,(12)
中短波红外同时含有来自太阳反射和大气发射的能量,关于该波段的大气辐射传输计算是光学遥感领域一项基础性和应用性很强的工作,国内研究并不多见.本文基于累加法,考虑了有限薄层条件下太阳直射反射、多次散射、大气发射三项基本因素的近似计算,构建了可以同时处理太阳散射和大气发射并存的中短波红外大气辐射传输计算模型.同国际通用的DISTORT模型比较了夜晚单层云、白天多层气溶胶、水云冰云双层云以及多层云、气溶胶同时存在4种场景下的计算精度.结果显示:除个别通道外绝对偏差均小于2×10~(-6)K,同样条件下计算速度是DISORT算法的2~3倍.利用该模型对影响计算精度的4个因素模拟分析显示:在2230~2400cm~(-1)强吸收带大气热发射辐射有很大的贡献,太阳入射辐射可以忽略;在2400~2580cm~(-1)窗区波段,忽略太阳辐射可以引入几十K的误差;采用层平均温度简化热辐射计算,在强吸收波段计算误差相对较大;基于单次散射假设的累加法最小光学厚度值越小,计算误差越小.满足计算精度需求条件下可以考虑采用大气分层平均热辐射简化、选择合适最小光学厚度值,以提高计算效率.该研究构建的自主辐射传输计算模型,将在处理国产星载高光谱仪器的资料模拟、反演、同化中发挥作用. 相似文献
8.
《中国科学:地球科学》2017,(9)
大气中SO_2是一种对城市大气环境变化和全球辐射能量平衡有着重要影响的痕量气体.BRD(Band Residual Difference Algorithm)和DOAS(Differential Optical Absorption Spectroscopy)算法是两种主要的SO_2总量遥感反演算法,分别被用于美国和欧洲不同卫星载荷数据的SO_2反演.然而,目前缺少两种算法在相同观测条件下SO_2反演的精度比较及不确定性分析、在物理数学反演机制上的差异追因.因此,本文基于相同的仿真模拟数据和卫星紫外辐射观测数据,反演获得不同大气状况下的BRD和DOAS SO_2总量并进行精度比较验证.从算法反演通道、O_3吸收、气溶胶、地表反射率和观测角度影响等方面,讨论分析BRD和DOAS反演结果差异及反演误差的原因.结果表明,在低浓度SO_2情况下,BRD反演SO_2总量更接近于正演输入SO_2总量,DOAS反演结果存在高估,但相对于BRD算法,DOAS算法长时间序列卫星反演结果更能表现出SO_2的季节变化特征;在高浓度SO_2情况下,BRD(310.8~314.4nm)和DOAS(315~327nm)反演结果的绝对值差异明显且存在低估,BRD(310.8~314.4nm)SO_2反演值及反演精度都低于DOAS(315~327nm)反演结果.基于高光谱分辨率大气辐射传输模型SCIATRAN的反演不确定性分析结果显示,反演通道选择、紫外O_3吸收、气溶胶、地表反射率和观测角度对SO_2总量反演精度的影响较大.本研究对于SO_2卫星遥感反演算法的改进及SO_2反演产品的应用具有重要的科学意义,也可促进中国未来大气成分SO_2卫星遥感产品的研发. 相似文献
9.
利用HJ-1B热红外数据估算晴天大气下行长波辐射 总被引：1，自引：0，他引：1
针对HJ-1B红外相机只有一个热红外通道的特点,本文利用大气辐射传输模型模拟和统计回归方法,发展了一个利用HJ-1B辐射亮温和大气水汽含量反演高分辨率大气下行长波辐射的参数化模型.为了分析模型的适宜性和误差来源,利用模拟数据对模型进行了精度评价,结果表明模型在大多数气候条件下反演结果较好,但在大气水汽含量较高时存在低估现象.误差分析表明,大气水汽含量、传感器辐射亮度、地表与大气的温差等方面的不确定性会对反演结果产生一定的影响.利用2009~2010年HJ-1B数据反演得到黑河流域和海河流域的瞬时下行长波辐射,并利用6个站点的地面观测数据对反演结果进行了验证.结果表明,除花寨子荒漠站外,其他各站点反演值与实测值的一致性较好,均方根误差在20W/m2左右,略好于MODIS数据的反演结果.花寨子站夏季时存在较多的高估现象,主要由地气温差过大引起,经过地气温差校正后,结果得到明显改善. 相似文献
10.
本文研究发展利用GMS 5/VISSR每小时卫星观测资料反演地表温度的方法,首先利用时空判断法进行云检测寻找晴空像元,然后从辐射传输方程出发,由实时探空资料求取大气上行、下行辐射率及大气透过率,根据由AVHRR NDVI导出的地表比辐射率,用单时相双光谱分裂窗法反演得到地表温度.比较反演结果与54511站及其他中国基准站2000年地面0cm地表温度实测值,相对于国际上其他经验公式而言,本文算法在精度上有所提高.敏感性分析试验着重于大气衰减的影响.基于本文算法,给出了内蒙中东部地区地表温度连续4天的变化实例以及东亚部分陆地“纯晴天”地表温度图. 相似文献
11.
《中国科学:地球科学》2015,(6)
基于最优估计理论,采用LBLRTM和VLIDORT辐射传输模式以及包含Line Mixing效应的aer_v_3.2数据库,构建了一套短波红外高光谱卫星反演XCO2的算法.利用该算法试验了Line Mixing效应对卫星反演结果的影响,对GOSAT卫星观测光谱数据进行了系统性试验反演,并利用选取的TCCON站点一年中的匹配观测资料进行了地面验证,同时与GOSAT卫星官方L2B产品进行了比对.试验表明,忽略Line Mixing将系统性低估约0.25%的CO2柱浓度.在气溶胶光学厚度小于0.3的大气条件下,本文反演算法反演结果与GOSAT官方数据产品精度接近,与地基观测值相差小于1%,而高浓度气溶胶背景下卫星反演CO2浓度的有效方法仍有待于突破. 相似文献
12.
LBH日辉辐射是由光电子与氮气分子碰撞激发而产生的,是电离层在远紫外辐射波段中最强的分子辐射信号.从空间对电离层LBH日辉辐射进行成像观测为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.本文分析了LBH辐射的谱带特征,采用电子碰撞直接激发理论,使用球几何大气模型,针对大视场观测模式,给出了一种改进的LBH日辉柱辐射率计算方法RAURIC.RAURIC针对AURIC辐射算法的局限性主要有两点改进：一是增加了观测方位角;二是考虑了沿观测视线LOS方向上太阳天顶角的变化.我们使用RAURIC计算了140~180 nm波段的LBH日辉辐射,并与AURIC进行了比较,结果表明：在天底方向上,二者具有非常好的一致性;在其他观测方向上,尤其在大视场观测模式下,则需要使用RAURIC进行计算.本文工作为电离层LBH日辉图像模拟技术与数据反演技术的研制奠定了基础. 相似文献
13.
针对对流层主要污染物(对流层臭氧、NO_2、SO_2及HCHO)的高分辨率、高频次监测需求,开展了基于静止轨道卫星监测中国大气污染物的模拟观测实验.在参考现有极轨卫星载荷的遥感监测能力和仪器参数基础上,根据静止卫星观测模型,利用正演辐射传输模式模拟观测光谱.根据最优估计反演理论,分析光谱仪的主要指标参数对各目标气体的反演敏感性和反演误差.基于各目标气体反演精度需求,提出光谱仪的观测波段、光谱分辨率和信噪比等关键指标参数的建议方案.为评估选定的光谱仪参数能否满足需求,利用大气化学输送模式模拟中国区域大气成分的三维分布,进行中国区域的模拟反演实验.结果表明,针对各目标气体,满足反演需求的实验数目均达到90%左右.臭氧总量和平流层臭氧的反演精度可达到2%,且各气体反演在太阳天顶角高于70°范围内仍可以获得有效数据.因此,我们所提出的静止卫星观测方案和仪器参数方案具有一定可行性,为优化将来中国静止轨道卫星光谱仪仪器指标提供了理论依据和模拟工具. 相似文献
14.
本文利用MODTRAN 3.7和TOMRADE模式分别计算了308.0 nm、312.5 nm、317.5 nm、322.3 nm、331.2 nm、360.0 nm六个紫外波段的后向散射强度并进行了比较,且利用两个模式计算得到的插值表,对EPTOMS实测资料分别进行反演,得到结论如下：1）两模式算得的后向散射强度随着太阳天顶角、卫星天顶角、地表反照率的变化特性基本一致,均能较好的反映紫外后向散射的辐射特性;2）总体而言,两模式计算的后向散射强度值相对偏差在－6％～18％之间;3）分别把MODTRAN 3.7和TOMRADE模式计算的插值表用于2003年7月30日中纬度地区EPTOMS实测资料的反演,得到的臭氧总量相对偏差在－3％～5％之间.本文对紫外波段大气辐射传输模式的研究和紫外后向散射探测臭氧总量的反演误差研究有着重要意义. 相似文献
15.
应用实测光谱估算千岛湖夏季叶绿素a浓度 总被引：4，自引：2，他引：2
依据2010年8月的实测数据构建了千岛湖水体夏季叶绿素a浓度的实测光谱数据估算模型,并进行了验证.利用ASD FieldSpec3野外光谱仪获取高光谱数据,计算水体离水辐亮度和遥感反射率.通过寻找反演水体叶绿素a浓度的高光谱敏感波段,采用单波段相关分析、波段比值、微分光谱、三波段模型、BP人工神经网络等多种算法进行比较分析,结果表明:叶绿素a浓度与单波段光谱反射率的相关性不大;596 nm和489 nm波长处反射率比值、545 nm处光谱一阶微分与叶绿素a浓度均呈较显著相关,估测模型决定系数R2分别为0.782、0.590,RMSE分别为0.89、1.98μg/L;三波段模型的反演结果优于传统的波段比值和一阶微分法,R2为0.838,RMSE为0.71μg/L;神经网络模型大大提高了叶绿素a浓度的反演精度,R2高达0.942,RMSE为0.63μg/L.本研究为今后在千岛湖水域的夏季相邻月份进行叶绿素a浓度大范围遥感反演研究奠定了基础. 相似文献
16.
改进的基于订正ALPHA差值谱的TES算法 总被引：2，自引：0，他引：2
与可见光遥感不同, 热红外传感器测得的辐射亮度值是温度和发射率的函数, 因此, 对于热红外遥感, 温度和发射率的分离是一个关键问题. 热红外地表温度反演需要考虑的另一个问题是地表反射的大气下行辐射订正, 由于该项与地表发射率紧密联系在一起, 在地表发射率未知的情况下, 该项很难消去. 研究从普朗克方程的维恩近似出发, 引入Li和Becker等提出的大气下行辐射修正项, 以此为基础, 推导出与温度无关的改进ALPHA差值谱, 并进一步提出消除维恩近似影响的修正项. 在上述工作基础上, 借鉴ALPHA导出发射率法和ASTER TES算法的优点, 提出改进的基于订正ALPHA差值谱的TES算法(ICADS TES). 由于算法采用多光谱反演技术, 并且算法中包含波段差值、比值操作, 因而可以部分消除大气、仪器噪声等的影响, 具有良好的抗干扰能力. 采用不同大气条件、下垫面类型、地表温度组合的数值模拟实验表明, 算法具有很宽的适用范围和稳定性, 反演的温度精度一般在0~1.5 K之间, 平均发射率精度在0~0.015之间. 算法反演温度产品与ASTER数据下载中心 (Earth Observing System Data Gateway, EDG)提供的地表温度产品相比, 相关性非常好, 相关系数接近1.0, 产品直方图分布基本一致.
与现有发射率温度分离算法相比, ICADS TES算法的优点是适用的温度和下垫面范围宽, 不需要诸如地表分类、发射率方向性等先验信息支持, 计算结果不受参数设置影响, 更为客观. 由于该算法不需要下垫面类型先验信息支持, 可以避免其他算法中出现的因地表误分类、混合像元等问题引起的反演误差. 与作者此前提出的基于订正ALPHA差值谱的TES算法(CADS TES)相比, 算法考虑了大气下行辐射的影响, 在大气辐射特性已知的条件下, 可以获得更好的反演结果. 相似文献
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大气透过率计算是辐射传输模拟的核心,快速、精确的卫星通道透过率计算方法在卫星资料仿真与反演、卫星资料同化等领域有极大的应用价值.本文综合论述了卫星通道透过率快速模拟技术的研究进展,内容包括基于Taylor展开、最优光谱采样、主分量分析以及机器学习理论等方法的论述,分析了不同代表性模型的基本原理、模拟精度以及存在的问题.在快速透过率模拟的订正方面,本文分析了云水吸收对卫星微波通道透过率的订正,并对模拟透过率的直接订正、辐射传输的光学路径订正、通道光谱中的气体重叠吸收订正以及气体连续吸收订正等方面进行了分析和讨论.本文还论述了我国在卫星通道透过率快速模拟和透过率订正技术的研究进展及存在的问题.指出,快速透过率模拟的首要应用对象是变分框架下的卫星通道辐射资料同化,其本质是把基于吸收强度、谱线线型等复杂物理过程转化为在数学空间高度线性化的计算方法.基于Taylor展开和基于最优光谱采样方法,快速计算有效层光学厚度是当前主流的卫星通道透过率快速计算途径.而如何重新定义不依赖于卫星天顶角的预报因子、将更多的可变气体从均匀混合气体中分离出来,以及定义充分而又具有足够伴随精度的预报因子集合、卫星观测倾... 相似文献
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云南阳宗海表层沉积物有机质组成结构对磷赋存形态特征的影响 总被引：4，自引：0，他引：4
利用连续提取分级的方法定量分析阳宗海表层沉积物磷赋存形态,阐明了沉积物C、N、H和O组成及溶解有机质(DOM)紫外-可见光谱特征,探讨沉积物元素组成及DOM组成结构对不同形态磷含量的影响.结果表明:(1)沉积物潜在可移动磷含量在68.67~124.70 mg/kg之间变化,平均占总磷含量的9.81%,表现为BD-PNa OH-nr PNH_4Cl-P;沉积物稳定磷含量在496.73~908.28 mg/kg之间变化,平均占总磷含量的60.86%.(2)沉积物C、N含量和疏水性DOM光谱参数A_(240-400)表现出北部高、南部低的变化趋势,但H/C、O/C和(N+O)/C摩尔比和亲水性DOM光谱参数A_(240-400)变化趋势则与之恰好相反.(3)沉积物NH4Cl-P含量与C、N和H含量之间呈显著正相关,但与H/C、O/C、(N+O)/C摩尔比和亲水性DOM光谱参数E_2/E_3值之间呈显著负相关;NaOH-rP和BD-P+NaOH-rP含量均与O含量及O/H摩尔比呈显著负相关;NaOH-rP、BD-P+NaOH-rP和HCl-P均与疏水性DOM光谱参数A_(240-400)值之间呈显著正相关.因此,天然有机质元素组成及官能团结构是影响沉积物磷赋存形态的重要因素. 相似文献
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全覆盖植被冠层水分遥感监测的一种方法: 短波红外垂直失水指数 总被引：1，自引：0，他引：1
利用叶片辐射传输模型PROSPECT、植被冠层辐射传输模型SailH和地气辐射传输模型6S, 进一步探索近红外、短波红外反射光谱特征, 从光谱特征空间的角度, 分析地物在NIR-SWIR空间的分异规律, 建立监测植被冠层水分含量的新方法-短波红外垂直失水指数(SPSI). 通过实地观测数据和叶片、冠层辐射传输模型验证本文提出的新方法, 结果表明SPSI和实地观测的植被冠层水分含量(FMC)具有较高的相关性, R2和RMSE分别为0.79, 26.41%, 证明了SPSI在FMC反演方面有一定的应用潜力. 相似文献
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地下流体监测数据和地表断层调查都显示构造活动强烈期和大地震前后活动断裂带会伴有大量气体逸出。 中国即将发射的高分五号(GF-5)卫星搭载的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪及全谱段光谱成像仪两个传感器, 主要以大气气体的探测为应用目标。 本文基于两个传感器的参数设置, 使用大气辐射传输模型, 对断层逸出气体中的水汽、 CH4和CO2三种气体在大气中的含量变化对卫星传感器的辐射影响进行了仿真模拟, 分析了两个传感器对水汽、 CH4和CO2气体异常的探测能力。 结果表明, GF-5卫星两个红外传感器特定的光谱通道对大气水汽、 CH4和CO2气体异常变化均有不同程度的敏感性, 可以期待发展具有较高精度的相关气体遥感反演模型, 用于地震的监测及预测。 相似文献