MODTRAN5分子吸收模式的计算精度数值评估

大气辐射传输软件MODTRAN5较以前版本光谱分辨率从2 cm-1提高到0.2 cm-1,为了检验MODTRAN5分子吸收的计算精度,用精确的逐线积分法LBLRTM做参考,模拟比较了MODTRAN5计算的大气光谱透过率。结果表明：MODTRAN5软件计算的大气透过率与LBLRTM计算结果的均方根误差总体上不超过0.02,但在有些波段最大误差可达0.03以上,如二氧化碳4.3 μm吸收带,误差值为0.0377。     

通用大气辐射传输软件(CART)分子吸收和热辐射计算精度验证

为检验通用大气辐射传输软件CART分子吸收和热辐射的计算精度,利用精确的逐线积分法（LBLRTM）和广泛使用的中分辨率大气传输模式（MODTRAN4.0）,就CART软件计算的晴空大气分子吸收透过率和热辐射进行对比验证。模拟了水平距离、观测天顶角和观测点高度对光电工程各观测波段内平均大气透过率和积分辐射的影响特性。结果表明:CART软件分子吸收的计算精度优于MODTRAN4.0软件,大气热辐射的计算精度和MODTRAN4.0相当。     

近红外氧气A带大气透过率的计算

氧气A带具有单一的吸收气体成分和独特的谱线结构,大气中分布相对均匀,在大气辐射研究中具有广阔的应用前景.大气透过率是大气辐射传输计算的核心,为了快速计算大气透过率,提出带平均透过率的数学模型.将近红外氧气A吸收带作为研究对象,以普朗克黑体辐射为基础,分析了氧气A带在762 nm附近波段的光谱吸收理论,介绍了带平均透过率数学模型的原理及方法.为了验证模型的可行性和精确度,结合实验数据,与HITRAN2004数据库逐线积分法计算的透过率进行对比,精度达到2.2％,降低了计算时间.     

红外大气透过率的计算模式

建立了一套具有自主知识产权的红外大气透过率模式(IATM),光谱分辨率为1 cm-1,可较快速地计算空间任意两点的红外大气光谱透过率.大气分子吸收计算是采用基于精确的LBLRTM逐线积分算法而提出的一种非线性拟合算法,结合了最新的HITRAN2004数据库中的分子吸收线参数,除了保留MODTRAN中的几种气溶胶衰减的计...     

不同版本HITRAN数据库中红外波段上行传输透过率的计算

为比较不同版本数据库对透过率计算精度的影响,利用逐线积分辐射传输模式,对比分析了HITRAN 2k、HITRAN 04和HITRAN 08数据库在中红外波段（2~12 m）、四种初始高度（1、10、15、20 km）上行大气传输分子透过率的差异。结果表明,在4种初始高度上,04版本的平均绝对偏差均比2k版本小,而且在某些波段上对应的绝对偏差均较大:在1 cm-1分辨率时,仅考虑CO2吸收,04、2k版本对应的最大绝对偏差为0.338（2.696 m）和0.394（2.749 m）;在0.1 cm-1分辨率时,考虑7种分子吸收,04、2k版本对应的最大绝对偏差达到了0.95（4.191 m）和0.936（3.568 m）。在计算中红外波段不同初始高度上行大气传输透过率时,采用旧版本的HITRAN数据库在某些波段会产生相当大的误差。     

通用大气辐射传输软件(CART)及其应用

大气光谱透过率和背景辐射的计算在诸如大气遥感、光电工程等领域有重要应用。根据所提出的中分辨率大气分子吸收快速计算方法、大气气溶胶衰减计算方法、大气多次散射快速算法,研制了一套通用大气辐射传输计算软件(CART),该软件可根据大气参数快速计算可见光到远红外波段的大气光谱透过率和大气背景辐射,光谱分辨率1 cm-1,覆盖可见光到远红外波段。介绍了该软件的计算模型、主要功能和计算实例、部分实际验证结果以及应用领域。CART在目标辐射特性测量的大气修正、光电设备的设计和性能评估将有广泛的应用。     

基于BP神经网络的水蒸气红外透过率仿真

针对在计算大气透过率方法中利用经验公式误 差大和专业软件复杂低效等问题,提出了一种基于 贝叶斯正则化BP(back propagation)神经网络的水蒸气红外透过率的计算方法。利用BP 神 经网络良好的非线性拟合特点,建 立大气参数与水蒸气透过率之间的关系模型。以实测温度、压强和湿度作为输入向量,中红 外平均水蒸气 透过率作为输出,构建3-7-1式的BP神经网络。仿真结果表明: 在相同的大气参数下,与逐线积分法相比, 本文方法在运算过程大幅简化的同时相对误差很小;与经验公式法相比,本文方法对透过率 的计算精度大幅提升。     

更新升级的通用大气辐射传输软件CART2（特约）

采用HITRAN2016数据库,研制了新的大气分子吸收系数数据库,应用于更新的第二版通用辐射大气传输软件CART2。增加了光谱分辨率为0.1 cm?1的CART2P1程序模块。相对于CART1.0,大气分子吸收考虑了更多的分子弱谱线的吸收,扩展了计算波段。计算结果与LBLRTM和MODTRAN5对比表明,CART2能够精确地模拟大气分子的吸收;计算结果与地基实际测量的红外高分辨率太阳光谱吻合的非常好。具备0.1 cm?1光谱分辨率的CART2计算的大气透过率和环境背景辐射可以分辨出分立的大气分子吸收谱线,能够在中高光谱分辨率的光学工程和有些激光工程的大气传输计算中得到应用。     

火箭尾焰的空间外差光谱探测可行性分析

为了跟踪和识别飞行的火箭,利用空间外差光谱仪对火箭尾焰辐射中钾光谱的766.490 nm和769.896 nm两条谱线进行研究。考虑大气分子吸收和大气散射对钾光谱在大气中传输的影响,采用逐线积分法、瑞利散射公式及散射系数与气象视程的关系分别计算763~773 nm波段内的氧气的吸收系数、大气分子及粒子散射系数,使用比尔-朗伯定律计算透过率。通过分析该波段内太阳辐射光谱和大气透过率可知,钾特征谱线处于太阳辐射强度弱、大气传输效率高的位置,从理论上验证了钾光谱探测的可行性。然后使用空间外差光谱仪对在火焰上燃烧的K2SO4进行探测,获得了与理论数据相符的实验数据,为火箭尾焰的空间外差光谱探测方法提供依据。     

氧气A带红外辐射不同路径透过率的仿真分析

红外被动测距的核心就是大气透过率的计算,其精度决定最终测距精度。本文选取氧气A带作为研究对象,采用逐线积分算法,计算水平路径标况下的氧气A带的带平均透过率;通过简易算法对散射造成的衰减进行了研究;采用高空红外辐射透射比的方法,计算某一海拔处的透过率;对于斜程路径,采用等效路径的方法,实现斜程透过率的计算;分析了随着倾角的变化,透过率的变化趋势。在一般的工程应用中,其精度是可以基本满足的,有比较好的使用价值,该方法为精确测距提供了一种参考。     

气体高温辐射特性窄谱带模型参数库构建

不同推进剂火箭发动机尾焰中主要辐射气体组分不同,采用谱带模型法精确快速求解不同推进剂火箭发动机尾焰红外辐射特性,需要构建描述气体辐射特性的谱带参数数据库。提出了一种谱带参数库构建方法并开发了计算程序,以HITEMP2010数据库为基础构建了波数间隔5 cm-1、温度间隔100 K的CO2和H2O谱带模型参数库,通过与实验测量对比吸收系数分布特性、与逐线计算法对比透过率分布特性验证了所提出模型和开发程序的准确性;在此基础上,分别以HITEMP2010和HITRAN2012数据库为基础构建了辐射气体CO、OH、NO和NO2的谱带模型参数数据库,并结合逐线计算法对比分析了不同温度下、不同光学行程下透过率分布特性。     

MODTRAN5中不同光谱分辨率带模式对计算大气吸收带背景辐射的影响

大气吸收波段对于从卫星高度向下探测空间亮目标有特殊的优势,使用辐射传输模式MODTRAN5模拟计算了中红外大气吸收波段不同光谱分辨率100 km高度大气背景辐亮度的变化。将三个波段不同分辨率的结果平滑到统一分辨率进行对比表明：4.3 mm不同光谱分辨率相对误差最大可超过10%;其中0.2 cm-1光谱分辨率的计算结果与精确的逐线积分最为接近;3.2 mm与2.7 mm波段不同光谱分辨率的计算结果误差较小,其中2.7 mm波段最大误差小于5%。进一步将MODTRAN4和MODTRAN5的1 cm-1、5 cm-1光谱分辨率计算结果与逐线积分做了比较,表明使用MODTRAN5的低光谱分辨率计算4.3 mm波段的辐亮度可能产生较大误差。     

大气气溶胶红外散射透过率计算研究

红外辐射在大气中传播时大气气溶胶散射是能量衰减的原因之一.通过考虑气溶胶密度随高度变化,结合大气能见度参数,建立了红外线在水平均匀传播和斜程传播下的大气气溶胶散射透过率计算方法.水平均匀传输下,在中长波波段对大气气溶胶散射透过率采用常规积分求均值方法计算,与采用波长中值的工程计算公式结果对比,表明工程计算公式具有足够的...     

A rapid atmospheric transmittance algorithm for microwave soundingchannels

A rapid transmittance algorithm for NOAA's Advanced Microwave Sounding Units A and B and possible future instruments has been devised. Window channels, water vapor channels, and oxygen-band channels are considered separately; each uses tabular or polynomial approximations to line-wing or near-line absorption from water vapor or oxygen as appropriate. Absorption by cloud liquid water is also included. For oxygen-band channels that sound the atmosphere above 40 km, water vapor and clouds are not significant, but Zeeman splitting produced by the terrestrial magnetic field is. Because magnetic field strength varies over the Earth, channels within the Zeeman region use an algorithm in which transmittance is parameterized as a function of magnetic field strength B add angle &thetas;_B (with respect to the direction of propagation) at a frequency resolution of B 2.22 kHz/μT; then the average over channel passbands is done on-line. In tests, the rapid algorithm required thirty times less computation than a line-by-line algorithm, and reproduced the line-by-line calculation of brightness temperatures with accuracy comparable to or better than the channel sensitivities     

逐线积分气体吸收模型及其在FTIR气体检测中的应用

介绍了一种精确的逐线积分痕量气体吸收模型,该模型适用于中红外波段大气环境中痕量气体和污染气体检测的理论研究和工程应用。该模型利用HITRAN光谱数据库,考虑了展宽、线翼截断、温度修正及光谱分辨率变化等情况,可以有效地模拟大气环境中多种气体的红外吸收特征。文中详细描述了模型的算法细节,并给出了模型计算的结果与傅里叶变换光谱仪(FTIR)实测数据的对比,还举例介绍了吸收模型在FTIR气体探测技术中的实际应用,并使用该模型对测量的红外傅里叶变换光谱进行了定量分析,模拟了计算校准谱,并与实测光谱进行了非线性最小二乘拟合,实现了在无需测量校准气体的情况下同时对多种气体进行浓度的反演。     

不同垂直高程大气红外吸收透过率的计算

基于大气中水蒸气和CO2的分布特性,在传统计算大气吸收透过率的基础上,分析了不同垂直高程大气吸收透过率的计算方法,给出了大气吸收透过率的计算模型,以及算法流程,并以CO2吸收透过率为例,计算了CO2在波长2.7μm处垂直传输时的大气吸收透过率,并给出了仿真分析,得出了大气中CO2吸收透过率与空间目标高度的关系.     

Resonant transmittance model for millimeter wave propagation

Well-established infrared modeling techniques are extended into the millimeter wave region in order to develop an analytically and computationally simple model for resonant absorption. The adopted model consists of an exponential function whose defining parameters are determined through curve-fitting to high resolution transmittance data. An application is made to water vapor and oxygen at 1-GHz intervals from 30 to 300 GHz using line-by-line monochromatic transmittance data, thereby testing the proposed methodology. With data for the bottom five kilometers of the atmosphere, the resulting model yielded an overall standard transmittance deviation of 0.08 percent and 0.66 percent for water vapor and oxygen, respectively.