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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
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氧离子83.4 nm辐射是由氧离子辐射跃迁产生的,是电离层极紫外日辉辐射中辐射强度较高的信号之一.从空间对其进行成像为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.为了准确的描述辐射强度的分布情况,本文在MSISE-00大气模型下,用AURIC计算氧离子83.4 nm辐射的初始体辐射率、电离层氮气分子、氧气分子以及氧原子的密度分布,接着,用Chapman函数生成氧离子密度分布,计算共振散射作用下的体辐射率.然后,给出在不同的初始辐射率情况下,沿天底方向观测的辐射强度对比.最后,与Anderson的计算结果作了两组对比,指出由电子碰撞产生的初始体辐射率占比提高16%,总的辐射强度会提高30%.本文的工作为低热层大气氧离子密度和光电子通量的探测提供支持,这对电离层电子密度反演具有理论意义. 相似文献
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《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
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目前关于重力波和中高层大气放电现象之间的相关性问题,在同步观测和数值模拟研究方面都较少,为了研究大气重力波对TLEs的调制效应,建立了三维对流层-中高层大气准静电场耦合效应模式,模拟分析了重力波导致的中高层大气密度(包括中性空气密度和电子密度)不均匀对中高层sprite halos(闪晕)始发位置和光辐射形态的影响.结果表明,重力波扰动导致低电离层大气密度分布不均匀,在重力波波谷位置的空气更易被击穿,使得sprite halos在重力波波谷位置更容易始发.同时,重力波扰动会导致sprite halos光辐射形态产生变形,强发光区主要沿波谷位置分布,波峰位置的光强相对较弱,重力波扰动幅值越大,对sprite halos光辐射形态的影响越大;而对流层闪电强度越大,光辐射空间分布受重力波的影响越小;此外,观测到的sprite halos光辐射的强度和形态特征还会受到观测方位的影响. 相似文献
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基于相关性的热红外温度与发射率分离算法 总被引：1，自引：0，他引：1
在分析地面测量大气下行辐射和地表发射率之间关系的基础上,给出了针对热红外高光谱数据温度与发射率分离过程中地表温度优化的相关性判据,提出了基于相关性的温度与发射率分离算法（the Correlation Based Temperature Emissivity Separation Algorithm,CBTES）。该算法利用大气下行辐射和地表发射率之间的相关性优化地表温度,进而获得地表发射率。基于模拟的热红外高光谱数据,对CBTES算法的精度进行分析,结果表明CBTES算法具有较高的温度与发射率反演精度;并与光谱迭代平滑温度发射率分离算法（ISSTES）进行比较,发现CBTES算法具有和ISSTES算法相当的精度。此外,CBTES算法具有一定的抗噪性,对测量过程中大气下行辐射的变化不敏感;对于非同温像元,当其发射率定义为r-emissivity时,其辐射温度是对波数缓慢变化的,假设在比较窄的光谱区间内辐射温度近似不变,可以用CBTES算法反演非同温像元在窄光谱区间内的等效温度,在714-1250cm^-1。光谱区间内多个窄光谱区间反演的等效温度可以较好的刻画非同温像元辐射温度的变化趋势。 相似文献
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利用数值模拟的方法，研究了雷暴放电后，由雷暴电荷、感应电荷和晴天大气的背景电荷共同产生的准静电场(Quasi electrostatic field, 简称QEF)的时变过程，以及准静电场对中性大气的加热和电离. 结果表明: 在考虑电离层电势和晴天大气背景电场的影响后，时变的准三维的准静电场（QEF）模式能较好地解释“红闪”(Red sprites)的时空特征，特别是能模拟出“红闪”中的一种——“闪晕”（sprite halo）向上弯曲的空间结构. 相似文献
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本文建立了一个中纬电离层E层理论模式. 该模式从NO+,O２＋,O+和N２＋这四种主要离子的连续性方程出发,通过数值模拟得到中纬电离层E层电子和各种离子密度随时间和高度的变化情况. 计算结果能较好地反映出E层电子密度峰值（NmE）或E层临界频率（foE）的日变化、季节变化以及随太阳活动的变化趋势. 将模式的计算结果与武汉地区测高仪的观测数据进行比较,结果证明模式能够较为客观地反映中纬电离层E层的实际形态. 针对以往电离层E层理论模式存在的主要问题,本文还进一步讨论了几种重要因素,包括二次离化源,λ<150?谱段的辐射通量,吸收截面以及NO分布对于模式计算结果的影响. 相似文献
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介绍了用格子玻尔兹曼方法模拟非均匀介质中的电场响应的数值模拟方法. 格子玻尔兹曼方法是从微观领域出发进行数值计算的一种全新的正演模拟方法;从玻尔兹曼碰撞模型出发,利用泰勒展开和Chapman Enskog展开,在基本力学守恒条件和约束条件的限制下,导出了电场响应的扩散方程,得到了局部平衡分布函数的表达式,给出了若干正演模拟的结果;其结果表明,利用这种方法进行非均匀介质中的电场响应正演模拟具有灵活、方便和简单等优点. 相似文献
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基于AMSR-E的微波波段地表发射率反演——以青藏高原为例 总被引：1，自引：0，他引：1
青藏高原以其独特的特征在气候变化中起着重要的作用,而地表发射率对地表参数和大气参数的准确反演也非常重要,因此本文发展了青藏高原微波波段地表发射率的反演算法.首先通过辐射传输方程对地表发射率的反演算法进行了推导,并利用被动微波一维大气辐射模拟器的模拟数据对算法进行了验证,结果显示了较高的精度.接着结合微波辐射计AMSR-E的亮温数据和MODIS提供的大气廓线数据,利用本文发展的算法反演了青藏高原微波波段的地表发射率.最后,分析了青藏高原地表发射率的时空分布特征:从空间特征上分析,反演结果的空间分布符合青藏高原地表覆盖类型的变化,植被湖泊等可以在反演结果中很明显的显现;从时间特征上分析,在一个月的时间尺度上,发射率随时间变化并不明显,每天的变化值在0.01之内.另外通过对青藏高原裸露地表发射率的时间序列研究发现,地表发射率对降雨有非常敏感的响应.反演结果的合理性表明本文的算法具有可行性,可以利用该算法反演青藏高原的地表发射率并建立长时间序列的地表发射率数据库,为青藏高原其他地球系统参数的遥感反演提供基础,为青藏高原的相关地学研究提供数据支持. 相似文献
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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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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
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Ring效应是指地球大气中的N2和O2分子对太阳光的转动拉曼散射导致夫琅禾费线变短的现象.使用差分吸收光谱算法,反演大气NO2和SO2等痕量气体浓度的时候,Ring效应是影响反演结果精度的一个重要因素.本研究利用卷积算法计算得到的差分Ring光谱截面,与辐射传输模型计算结果比较,得到如下几个结论：（1）直接采用卫星遥感获得太阳光谱数据和大气转动拉曼散射截面,忽略压力展宽,卷积后,可获得Ring光谱.经过除以原始太阳光谱,三次多项式差分后可以得到针对卫星遥感反演痕量气体所需的差分Ring光谱.标准化后与Vountas等利用辐射传输模式计算得到的结果比较,相关系数R2=0.9663.（2）利用两个固定波长与变化波长分别计算得到的Ring光谱,经过差分计算后三者差异非常小;经标准化后与辐射传输模式计算得到的结果比较,R2分别达到0.9624,0.9639和0.9663.因此可以采用反演光谱范围中的固定波长作为一组转动拉曼散射截面进行卷积计算,降低计算量,加快计算速度.在本项研究中,计算量减少为原计算量的0.128%.（3）大气与N2和O2分子的转动拉曼散射截面信号的频谱特征相似,可直接使用N2和O2分子的转动拉曼散射截面代替大气进行卷积运算. 相似文献
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本文探讨了OH Meinel夜气辉辐射的光化学模式,给出OH(ν≤9)分子数密度分布的计算通式,重点研究了化学反应HO2 O→OH(ν≤6) O2对ν≤6各振动能级上OH分子数密度分布以及(ν′—ν″)(ν′≤6)振动带气辉辐射的影响.结果表明,该反应对数密度的贡献随振动能级的减小而增大,对(ν′—ν″)振动带辐射的贡献随着较高振动能级ν′的减小而增大,以春分时为例,它可使第1振动能级上的OH分子最大数密度和(1—0)带的最大辐射率增加约33%,第6振动能级上的最大数密度和(6—ν″)带的最大辐射率增加约7%,(1—0)带的辐射强度增加约30%,(6—ν″)带的强度增加约11%.该反应使各振动能级上分子数密度的高度分布剖面以及各振动带体辐射率的高度分布剖面变宽,最大数密度、最大发射率所处的高度下降1km左右.此外,该反应的影响程度随着原子氧密度的降低而增大,随着温度的升高而增大,并且在夏至时最大,在冬至时最小. 相似文献
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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
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钠多普勒激光雷达利用中层顶区域的钠原子作为示踪物,探测中层顶区域大气风场和温度剖面.本文主要分析钠多普勒激光雷达的探测原理和大气参数反演算法.利用MSISE和HWM93等大气模型给出背景大气温度、密度及风场,并给定钠原子数密度剖面,从激光雷达方程出发,模拟计算了激光雷达的瑞利散射和钠共振荧光散射回波光子数.利用模拟的回波光子数剖面数据,反演得到大气温度、视线风速和钠原子数密度剖面,反演结果与模拟计算用的背景参数符合很好,验证了这一反演方法的正确性.分析了激光频率偏移和激光线宽变化对反演精度的影响. 相似文献
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本文探讨了OH Meinel夜气辉辐射的光化学模式，给出OH(ν≤9)分子数密度分布的计算通式，重点研究了化学反应HO\-2+O→OH(ν≤6)+O2对ν≤6各振动能级上OH分子数密度分布以及(ν′—ν″)(ν′≤6)振动带气辉辐射的影响.结果表明，该反应对数密度的贡献随振动能级的减小而增大，对(ν′—ν″)振动带辐射的贡献随着较高振动能级ν′的减小而增大，以春分时为例，它可使第1振动能级上的OH分子最大数密度和（1—0）带的最大辐射率增加约33%，第6振动能级上的最大数密度和（6—ν″）带的最大辐射率增加约7%，（1—0）带的辐射强度增加约30%，（6—ν″）带的强度增加约11%.该反应使各振动能级上分子数密度的高度分布剖面以及各振动带体辐射率的高度分布剖面变宽，最大数密度、最大发射率所处的高度下降1 km左右.此外，该反应的影响程度随着原子氧密度的降低而增大，随着温度的升高而增大，并且在夏至时最大，在冬至时最小. 相似文献
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2010年10月11日发生了一次中等强度的磁暴.本文利用三亚(18.4°N,109.6°E)数字测高仪、VHF雷达和GPS TEC/闪烁监测仪数据以及120°E子午线附近我国漠河(53.5°N,122.4°E)、北京(40.3°N,116.2°E)和武汉(30.6°N,114.4°E)的数字测高仪和GPS TEC/闪烁监测仪数据,分析了磁暴期间我国中低纬地区电离层不规则体的响应特征.结果表明:这次磁暴触发了10月11日午夜前后两个时段低纬(三亚)电离层不规则体事件,而在较高的纬度地区(武汉及以北),并没有观测到电离层不规则体与闪烁.在午夜前,电离层不规则体的发生受磁暴主相期间快速穿透电场激发;在午夜后,电离层不规则体受磁暴恢复相的扰动发电机电场触发,该时段伴随行星际磁场北向翻转的过屏蔽穿透电场也可能是扰动源之一.此外,磁暴期间不同尺度的电离层不规则体会伴随发生. 相似文献