基于逐次散射法的海洋-大气矢量辐射传输模式

首先推导了粗糙洋面双向偏振反射模型pBRDF(Bidirectional Polarized Reflectance Distribution Function),并将其与SOSVRT(Successive Order of Scattering Radiative Transfer)矢量辐射传输模式耦合,建立了海洋-大气耦合的矢量辐射传输模式,并对该耦合模式的模拟结果与前人模拟结果进行对比,验证了该耦合模式的可靠性与有效性。不同大气和洋面状态、不同高度的主平面内辐射强度和偏振度的模拟结果表明:pBRDF模型可以很好地模拟不同风速下洋面的偏振反射分布特征;洋面在特定角度具有很高的偏振度,并对大气顶的偏振辐射有很大影响。因此,该耦合模式可以更准确地处理辐射光谱在海洋-大气两种介质间的传输问题,对矢量辐射传输、大气遥感问题的研究有重要意义。     

一款新型太阳辐射测量仪的结构设计与热仿真

近年来由于人类生产活动日益加剧,引起的大气气溶胶和臭氧等大气粒子含量的变化对全球气候变化有着重要影响.为了监测上述大气粒子含量,在总结国内外研究现状的基础上,提出使用合理的温控结构来设计制造一款新型多波段太阳辐射测量仪,用来适应国内纬度跨越大、温差大的工作环境.新型太阳辐射测量仪涵盖可见-红外波段,采用九个带通滤光片分别对应两个光电探测器的结构,可以避免探测器相互定标引起的定标误差并减少定标工作量.经ANSYS Workbench热-力耦合仿真,上述太阳辐射测量仪所采用的温控结构在两个极端温度条件下的变形量满足设计要求.     

利用探空资料验证北京地区OMPS卫星臭氧产品

臭氧成像廓线仪（Ozone Mapping and Profiler Suite, OMPS）可提供高垂直分辨率的臭氧垂直分布,能为研究大气臭氧的时空分布提供观测数据。为验证OMPS臭氧产品的精确性,选取2016~2018年北京地区的臭氧探空资料对OMPS v2.5臭氧廓线及v2.1臭氧总量进行对比分析。对比结果表明：在北京地区上空OMPS的臭氧垂直分布与臭氧探空资料在平流层中上层有较好一致性,相对偏差小于10%;在对流层中上层相对偏差较大,总体范围在15%~40%,部分情况超过80%;OMPS平流层臭氧总量与臭氧探空廓线积分的平流层臭氧总量相对偏差较小,平均偏差小于5%,均方根误差为18.3 DU,相关系数达到0.89;二者对流层臭氧总量平均偏差超过30%,对流层柱总量相关系数0.62。     

基于多通道高朗伯特性的辐射测量技术研究

近年来大气气溶胶与日俱增,对全球气候和大气环境产生了巨大的负面影响,同时气溶胶的污染特性与臭氧层的破坏有密切关联,为对大气气溶胶、臭氧及太阳辐射剂量进行监测,本文提出一种新型大气探测辐射计的研制及测量方法,该方法研制的辐射计既可用于气候监测,又可用于农业监测。辐射计涵盖可见-红外谱段,同时拥有七个探测通道,它特有的三片式平面匀化器,可控制辐射剂量,保证双腔式探测器的高朗伯特性,经实验验证朗伯特性误差不超过2%。进行高精度辐射定标后,辐射计可获取精确的太阳辐射信号,进而反演出大气气溶胶光学厚度及臭氧浓度等参数,以此指导气候分析及农业生产。     

海表反射率和大气气溶胶对成像光谱仪测量信号的影响分析

海洋作为大气系统的一个下垫面，它的散射与吸收特性直接影响成像光谱仪接收的有关海洋特性信号的强弱，也是影响海洋—大气系统辐射传输精确计算的一个重要因子。反映海洋特性的一个重要量就是海洋总反射率，实验已证明海洋反射率较小，而且海洋反射的信号还要经过大气的散射和吸收才能到达接收体。那么，在各种大气条件下，大气上界接收的信号对总海洋反射系数的敏感度有多大，各种大气条件下大气的特征参数如气溶胶类型、光学厚度、相函数、太阳天顶角等对信号影响的大小，对我们认识大气性质及精确反演海洋特性有着重要意义。另外，在现有的目前普遍应用的Ｌｏｗｔｒａｎ－７大气辐射传输模式中，下垫面反照率为一给定的常数，是不随波长而变的Ｌａｍｂｅｒｔ反射体，而实际上海表反照率是波长的函数。因此，我们改进了Ｌｏｗｔｒａｎ－７中的下垫面模式，并以此模式和我们建立的海洋—大气耦合辐射传输模式分析了各参数对成像光谱仪接收信号敏感性     

基于氧气A吸收带高光谱反射信息的气溶胶廓线反演算法及模拟反演验证

为反演对流层气溶胶消光系数廓线,提出了一种新的、基于氧气A光谱吸收带高光谱反射信息的反演方法。这种方法在经典的线性约束反演算法的基础上引入了两个与气溶胶柱光学厚度相关的订正因子,通过实现目标廓线和反演廓线的光学柱厚度差异最小,进而动态选择拉格朗日系数。为验证新方法的有效性和精度,借助了CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)气溶胶廓线产品和高光谱辐射传输模拟,模拟反演海洋下垫面晴空和沙尘两种情景下气溶胶消光系数廓线,结果表明新的方法能够比较准确地获得对流层内气溶胶廓线的数值,尤其在多次散射比较强的沙尘条件下,相对误差能够控制在51%以下;在晴空时,相对误差能够控制在20%以下。如果加入订正信息,反演精度能够进一步提高。     

两种氧气A吸收带云顶高度反演算法的理论比较与实测结果验证

近年来,氧气A吸收带作为云高反演通道重新引起学者们的关注,其中用于欧空局ENVISat/SCIAMACHY仪器的SACURA和FRESCO+两种云高算法是目前比较成熟的氧气A带云高反演算法,并已有相关产品发布。为充分了解SACURA和FRESCO+两种算法的适用性及反演效果,对两种算法特点及其模拟反演的结果进行了深入比较,在敏感性分析的基础上评估这两种算法的特点及产品精度。结果表明,FRESCO+算法对地表反照率、云量等参数的依赖性较低,得到的云高结果偏低达20～750 m,而SACURA算法对太阳天顶角、云光学厚度、地表反照率和云量等参数较敏感,得到的云高值波动性较大。不包括光学厚度小于5的云且满云时,平均云顶误差小于300 m。在亮地表上的薄云结果最差,误差最大可达10 km以上。为验证上述结论,我们对2008年度覆盖我国及周边地区两种算法的相应产品进行了统计分析,并与寿县ARM计划的地基雷达和探空资料进行了对比,表明模拟反演得到的结论可信。
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一个简单的非水平均匀的大气临边矢量辐射传输模式

临边或掩星探测是通过对大气的切片式观测方式所建立的反演方法,可以获取大气要素垂直分层的精细分布,是卫星遥感的一种重要方式和方向。目前已有的临边大气辐射传输模式大部分是基于水平均匀分布的一维模式,且以不包含大气偏振模拟的模式为主,而偏振是未来大气遥感的重要手段,特别是在紫外波段的临边探测。为满足我国下一代临边探测的需求,编写了一个基于逐次散射法的临边矢量辐射传输模式,该模式可实现对临边辐射的4个Stokes参数的模拟,并考虑了大气水平非均匀分布的影响。在环境参数完全相同条件下,将标量计算方式下辐射强度的模拟结果与郭霞等的LGLTRAN模式的模拟结果进行比较,结果验证了模式的合理性。在此基础上对不同大气分层条件下的临边Stokes矢量进行了模拟和简单的分析。     

气溶胶光学厚度、类型及廓线对CO2反演的敏感性分析

位于1.6和2.06 μm附近的短波红外波段可用于探测低层大气CO²信息,然而除大气分子(主要是CO²)吸收外,大气分子散射、气溶胶和云散射也是限制这些波段的卫星测量信号的主要因素,因此气溶胶光学参数及其垂直分布也必然制约着GOSAT(Greenhouse Gases Observing Satellite)CO²的反演精度。利用正演模式DISORT分析气溶胶光学厚度(AOD)、类型以及廓线对CO²反演精度的敏感性,旨在提高CO²反演精度。结果表明:①不同类型气溶胶AOD增大对CO²柱总量的影响各不相同,且CO²柱总量变化量的变化趋势也不相同,这取决于气溶胶的散射相函数与单次散射反照率的大小;②气溶胶类型变化会导致CO²柱总量变化,且这种变化随着AOD增大而增大;③对于满足指数分布的沙尘气溶胶,标高的低估会导致反演的CO²柱总量偏大,而气溶胶的集中分布导致反演的CO²柱总量偏小,且气溶胶层越高,反演的CO²柱总量越小。     

氧气A吸收带大气遥感应用研究进展

位于可见光波谱的氧气A吸收带具有独特的谱线结构,随波长或仪器分辨率的变化表现出不同的光谱特性。因而从20世纪60年代到现在,氧气A吸收带在遥感中的应用一直是国外学者研究的热点。总结了业已取得的成果和未来应用的发展方向并分析了其潜在探测能力,希望能够引起国内相关学者的重视,为我国氧气A带探测技术的应用与发展提供理论基础。