0．45-0．95μm太阳辐射在大气中的传输计算

根据瑞利散射、分子吸收线数据库、Mie散射理论和离散坐标法(DOM),计算了在一定环境下(气溶胶种类、相对湿度、能见度等),在不同太阳天顶角和不同观察仰角时,因大气同太阳辐射的相互作用而形成的天空背景光谱特性。对0．45-0．95μm波长范围内,天空背景光谱亮度随气溶胶种类、波长、能见度及观察天顶角的变化作了数值计算和理论分析。计算结果表明,利用本文方法所得到的天空背景光谱亮度随太阳天顶角和观察仰角的变化趋势同实测是一致的。     

偏振辐射传输的插值计算以及流数对计算结果的影响

根据平面平行大气中偏振辐射传输方程的求解,利用解析插值方法实现了对其空间任意一点(任意光学厚度、任意角度)偏振辐射的计算。使用了瑞利散射以及米散射对该程序进行验证,所得结果与Coulson和Stamnes的计算结果进行了比较,误差在0.7%以内。同时还分析了流数对计算结果的影响,通过比较半球8流时米散射的最大相对误差ηmax≤1.82%,平均相对误差ηaver=1.627%;并且该计算误差随着计算流数的增加越来越小,在24流时,计算结果比较稳定,误差最大值ηmax<1%,平均相对误差ηaver=0.223%。     

1.06μm激光的大气传输特性

利用国内外观有资料对１．０６μｍ激光的大气传输特性进行了分析归纳,得到了一些有价值的结论,并提出了一些推论。文中推出：１．０６μｍ激光在大气中传输时其分子吸收效果可视为０,分子散射效果可忽略,气溶胶的吸收效果较小,故只需考虑气溶胶的散射效果;１．０６μｍ激光在相同传输距离情况下在地面水平传输时衰减最大,而随着距地面高度的增加,衰减明显减少,至４０ｋｍ处衰减几乎为０。     

离散坐标法和LOWTRAN7辐射传输计算的比较

在不同波段和不同大气条件下，利用离散坐标法和ＬＯＷＴＲＡＮ７计算了大气顶向上和地面向下辐射率，并进行了比较．在一般情况下，两者的差别小于２０％，说明用ＬＯＷＴＲＡＮ７计算有较好的精度．     

亚毫米波的大气传输研究

主要研究了在近亚毫米波段的大气传输特性。通过分析远红外区和毫米波区的大气传输模型，给出了亚毫米波段的大气传输模型以及加权项的表达形式，推导了以宏观气象条件为参变量的解析表达式，加权模型与实验数据基本吻合。在散射模型中，以气溶胶形式存在的粒子对同一波长的散射表现不同，提出了以粒子的统计分布均位代替一般的密度分布，从而提高了计算精度。模拟计算结果与实验分析是一致的。     

大气辐射传输模拟器(ARTS)软件的介绍

随着气候变化、环境监测、大气遥感等领域的发展,大气辐射传输研究的重要性日益凸显,往往需要进行辐射传输模拟,计算大气透过率、光谱辐亮度等参数、进行部分气象要素的反演等,因此亟需发展快速精确、普遍适用的辐射传输模式。主要介绍了一种高度模块化、广泛适用的辐射传输模式--ARTS(the atmospheric radiative transfer simulator),介绍了模式的研制背景、主要功能、计算流程、应用领域等,并给出了部分模拟实例的结果。目前,该辐射传输模式已成功应用于Odin/SMR、MASTER与SOPRANO等探测器的正向模拟与反演系统。     

1.06μm激光等离子体散射特性研究

利用波长为1.06μm、单脉冲能量约为500 mJ的脉冲Nd:YAG激光经焦距为300 mm的正透镜聚焦,使焦点处激光能量密度剧增而引起大气分子中的原子电离,在发生同波长激光散射和多光谱电磁辐射现象的同时,开展空间分辨光谱的探测,获得1.06μm脉冲激光经大气等离子体散射的空间分布情况。采用HR4000光谱仪对散射情况进行测量分析,通过计算机模拟计算得到等离子体对1.06μm激光散射的方向图,基于Mie理论解释了入射波长为1.06μm脉冲激光散射角与散射强度之间的关系。     

在非均匀水云中太阳辐射的传输

本文概述云的透过、吸收和反射数值计算的方法。该方法考虑到云中水汽和水滴吸收光谱的变化以及多次散散射的影响，使用到达云顶的太阳辐射对云熵光学特性作加权平均，通过蒙特卡罗方法来模拟宽光谱间隔的太阳辐射在云内的传输。该模型对云内微物理学特征的空间非均匀性作了考虑，计算结果已得到实测资料的证实。     

在非均匀水云中太阳辐射的传输

本文概述云的透过、吸收和反射数值计算的方法。该方法考虑到云中水汽和水滴吸收光谱的变化以及多次散射的影响，使用到达云顶的太阳辐射对云滴光学特性作加权平均，通过蒙特卡罗方法来模拟宽光谱间隔的太阳辐射在云内的传输。该模型对云内微物理特征的空间非均匀性作了考虑，计算结果已得到实测资料的证实。     

非视线大气散射传输仿真研究

利用非视线单次散射激光大气传输模型分析了工作在日盲紫外光谱区的激光散射通信系统接收机、发射机的收发视场、俯仰角以及传输距离等几何参数对系统路径传输损耗的影响。计算结果表明,发射机的视场变化对路径传输损耗几乎没有影响,接收机视场的大小对系统性能的影响很大,在发射激光功率不变的情况下,增大接收机的视场可以显著地提高接收机的信号强度,减少系统的路径传输损耗,但在实际应用中受到一定的限制。发射机的仰角变化对系统的影响较大,而接收机的仰角变化对系统的影响相对较小。     

一种高效计算高光谱分辨率红外大气辐射传输的方法

传统的大气辐射传输计算方法受计算资源和效率的限制已无法满足星载高光谱分辨率红外大气遥感资料处理的需要,基于单色波长辐亮度计算加权组合的方法,开发了一种快速准确的高光谱分辨率红外大气辐射传输的计算模型FFRTM_IR.利用FFRTM_IR模型,针对研制中的FY-3D红外高光谱大气探测仪(HIRAS)的光谱指标,模拟计算了仪器的观测通道亮温,并用独立样本对模拟亮温进行了验证和比较,结果显示:FFRTM_IR对HIRAS所有通道的模拟亮温偏差均小于0.06 K,标准差有效控制在0.1 K以内;在同等计算精度下,FFRTM_IR的计算速度略快于目前国际上通用的快速辐射传输计算模型CRTM.利用FFRTM_IR模型,采用解析计算方法可以进一步得到温度廓线、水汽廓线、二氧化碳、臭氧廓线以及地表参数的雅克比矩阵,计算结果与扰动法计算结果一致性较好,有较高的计算精度.计算和分析结果表明,初步建立了一种高效的红外大气辐射传输计算模型,可用于星载高光谱红外大气探测仪器的观测仿真和资料处理.     

大气短波辐射传输之辐射函数的改进

改进了大气短波辐射传输之辐射函数的定义，将大气散射相函数与大气单次散射反照率之积随高度的变化包括在内．对改进型辐射函数（ＩＲＦ）的性质进行了较深入的研究，其中包括：各次散射光强与ＩＲＦ的关系，ＩＲＦ的解析递推公式，高价ＩＲＦ与零阶ＩＲＦ的解析关系，以及ＩＲＦ关于光学厚度的幂级数等．     

基于Mie散射理论的云红外辐射传输研究

在Mie散射理论的基础上,计算了8~14 μm波段不同半径云粒子的散射特性,对散射相函数的特点进行了分析。根据积云、层云和卷云的粒子分布,对三种云的散射相函数、散射系数、吸收系数以及对辐射衰减90%的距离进行了计算,并根据辐射经过云层的传输方程,分析了云粒子前向散射对辐射传输的影响。结果表明:积云和层云对辐射衰减90%的距离分别在20 m、60 m以内,而卷云的可达2km以上。     

大气参数模式及其在辐射大气传输计算中的应用

大气辐射传输的计算精度在很大程度上依赖于大气参数的精度。建立局地的大气参数模式在光电工程的大气传输计算中将有重要应用。利用目前可获得的探空数据、卫星观测数据、地面站点的观测数据初步建立了我国不同地域的大气参数模式,包括地面至120 km高度的温度、湿度、气压的逐日、逐月、逐年高度分布廓线、地面能见度的月平均分布,覆盖我国91个气象探空台站。并把这些大气参数模式用在通用大气辐射传输计算软件（CART）中计算大气透过率和大气背景辐射。文中展示了5个台站的大气参数时空分布以及用CART计算的大气窗口波段的透过率、大气热背景辐射逐月分布及其在我国地域的空间分布。     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.     

一种改进的辐射传输计算方法

精确、快速计算辐射传输一直是大气辐射学中的一个重要研究课题。我们在Knut Stamnes的离散纵标法（1988）[1]的基础之上,提出了一种辐射传输四流近似计算方法。该算法可以得到一个解析解,并且通过作数值计算,可以看到本算法的计算精度是令人满意的。     

COM混合编程在大气辐射传输计算中的应用

目前大气辐射传输计算软件基本上采用Fortran开发,由于Fortran是基于科学计算的高级语言,在界面设计、人机交互等方面较弱,而Visual C (VC)有着强大的人机交互和图像处理能力,因此VC与Fortran混合编程可以发挥各自长处.针对现有VC与Fortran混合编程基于DLL库和基于文件操作方式不易升级和扩展的不足,提出了利用COM组件技术实现VC与Fortran混合编程的方法,并给出了通过混合编程实现大气辐射传输计算模块的例子.实验证明这种方法是行之有效的,可广泛应用于大气修正、光学遥感成像模拟系统等的开发中.     

一种计算大气透过率的方法

在简要分析大气透过率的基础上,提出了一种基于大气光谱辐射亮度的计算大气透过率的新方法,并详细地介绍此方法的理论推导过程.新方法需要的数据容易测量,可有效地降低计算大气透过率的难度,减少工作量,并且能提高计算结果的时效性.     

辐射传输方程中非对称因子的估算

非对称因子是辐射传输理论中一个十分重要的参数.基于Mie理论,对单分散系粒子单次散射的非对称因子进行了研究和计算.结果证实:在折射率实部一定情形下,非对称因子有确定的极限值,例如,实折射率为1.33时,该极限值为0.884 7;对实际大气而言,非对称因子一般不会超过0.8.对辐射传榆计算中非对称因子的取值对Mie像函数、H-G像函数和H-G*像函数的影响进行了比较,结果表明:在相同的非对称因子下,H-G*像函数更接近Mie散射像函数.     

通用大气辐射传输软件CART介绍

初步研制了一套基于我国大气模式的、光谱分辨率为1 cm-1、计算速度较快的通用大气辐射传输(CART)软件.对该软件的研制背景、主要功能和部分计算结果、应用领域等作了简单介绍.