基于直射太阳光红外吸收光谱技术的大气中CH_4柱浓度遥测研究

介绍了一种基于直射太阳光红外吸收光谱技术的遥测系统,并利用该系统在合肥地区进行了连续观测、从太阳吸收光谱中测量了整层大气透过率,采用逐线积分方法模拟计算了整层大气透过率,基于非线性最小二乘光谱反演算法从实测整层大气透过率中反演了甲烷气体柱浓度和氧气柱浓度,并以氧气柱浓度为内标函数获得了甲烷干空气柱体积混合比,精密度优于2%。将本系统测量的2012年9月25日12:00~15:00 CH_4干空气柱体积混合比均值与此时段过境本站点区域的日本温室气体卫星的CH_4观测结果进行了比较,两者偏差小于1%。可见,该系统和方法是一种有效的甲烷气体柱浓度探测系统和方法,具有较高精度、     

昼夜观测恒星整层大气透过率测量研究

在昼夜观测恒星测量恒星宽光谱成像信号强度的基础上,首先通过MODTRAN软件结合系统参数、恒星光谱特征研究了宽光谱信标利用Langley法标定大气透过率的标定误差,据此通过标定恒星成像强度得到了整层大气宽光谱透过率;然后,利用大气模式研究了晴朗大气条件下宽光谱大气透过率与激光波段大气透过率的关系,进一步得到了532 nm和1 064 nm的整层大气透过率;最后,将白天时段观测恒星测量的大气透过率与太阳辐射计观测太阳得到的透过率进行了实验对比。结果表明:两种方法得到的大气透过率时间变化趋势一致、大小相仿。在此基础上开展了整层大气透过率的连续观测,获得了整层大气透过率的昼夜连续数据、特别是获取了晨昏时段弱湍流时刻的整层大气透过率数据;文中所开展的工作丰富了整层大气透过率的测量手段,对地基激光工程研究和应用有促进作用。     

国产傅立叶变换红外光谱温室气体在线监测仪及其在大气本底监测中的初步应用

大气温室气体的监测,是掌握温室气体浓度时空变化特征及其影响因素依据。而大气本底监测反映了较大范围内,因人类活动而造成的大气成份长期变化,是温室气体监测的基础数据。大气本底站附近温室气体浓度相对较低,年变化范围小,从而对温室气体连续监测技术精度与稳定性提出了更高的要求。本文基于傅立叶红外技术与WHITE型多次反射池技术方法,研究大气本底温室气体CO2、CH4、N2O超低浓度检测系统。针对CO2、CH4、N2O的分子吸收光谱特征,采用碳化硅作为光源,将测量波段选择在1900-2600区间;采用模拟仿真,模拟不同透过系数和多种气体混合干扰状态下的仪器理论测量精度,根据验证结果,傅里叶红外仪器在CO2、CH4、N2O测量方面表现良好,满足超低浓度温室气体的监测需求。     

3.66μm激光外差光谱仪设计与水汽柱浓度反演

激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点,近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66 μm 分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置,实现了水汽吸收光谱的实时测量,并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演,得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致,相关性优于0.8,偏差小于15%。研究结果表明,搭建的激光外差测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演,同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。     

针对不同光谱类型恒星的大气透过率仪定标测量研究

介绍了利用夜晚恒星辐射测量整层大气透过率的仪器及定标方法.基于已有的研究工作基础,利用Visual C++6.0开发和完善了整层大气透过率采集程序,使仪器具有自动采集数据功能.利用整层大气透过率测量仪对不同光谱类型的恒星分别进行了测量定标实验,对测量数据进行了分析和处理,得到了六大类光谱恒星在大气层上界的仪器测量值.基于夜晚整层大气透过率测量多目标定标原理,在完成各大光谱类型的恒星辐射定标测量后,就能进行仪器的实时大气透过率测量.     

可见到近红外波段整层大气透过率的测量

通过测量太阳辐射值计算整层大气透过率的方法简单易行且精度高。利用自行研制的整层大气透过率仪测量可见到近红外波段的太阳直接辐射连续光谱,在可靠定标的基础上,推算出实际天气条件下的整层大气光谱透过率。利用Langley-plot方法对整层大气透过率仪进行标定,得到了仪器标定结果和不同时刻整层大气透过率随波长变化的曲线。将计算得到的整层大气透过率与太阳辐射计PGS-100的测量和MODTRAN计算的结果分别进行了比较,发现有较好的一致性,从而证明整层大气透过率仪设计合理,测量数据可靠。     

可见到近红外波段整层大气透过率的测量

通过测量太阳辐射值计算整层大气透过率的方法简单易行且精度高。利用自行研制的整层大气透过率仪测量可见到近红外波段的太阳直接辐射连续光谱,在可靠定标的基础上,推算出实际天气条件下的整层大气光谱透过率。利用Langley—plot方法对整层大气透过率仪进行标定,得到了仪器标定结果和不同时刻整层大气透过率随波长变化的曲线。将计算得到的整层大气透过率与太阳辐射计PGS-100的测量和MODTRAN计算的结果分别进行了比较,发现有较好的一致性,从而证明整层大气透过率仪设计合理,测量数据可靠。     

高分五号卫星GMI大气CO2反演方法

二氧化碳(CO2)是大气中重要的温室气体,准确掌握大气CO2的含量及变化可为气候变化预测及环境决策提供支持.为满足气候研究的需求,卫星观测大气CO2柱平均干空气混合比(XCO2)的反演精度需优于1％.搭载于高分五号卫星上的大气主要温室气体监测仪GMI(Greenhouse gases monitoring instru...     

夜间整层大气透过率测量技术研究

分析了夜间利用恒星测量整层大气透过率的原理,研制了用于夜间整层大气透过率测量的设备,该设备能够对高度角大于15 的任意天区内的0~5等恒星在400~750 nm分波段弱辐射大气透过率测量,测量带宽为30 nm。采用自动控制CCD曝光时间的方法获取分波段恒星的弱辐射信号,利用图像反馈模式纠正望远镜追星的误差,实现无人值守自动连续整夜观测。设备定标采用Langley-plot定标方法与多目标星定标方法相结合。测量结果分别与CART和Modtran理论计算值进行了比较,比较结果证明了测量方法的可行性和设备的可靠性。     

基于太阳光谱的FTIR技术监测石油化工区丙烯的浓度分布

介绍了一种基于太阳光谱的傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术实时监测石油化工区丙烯浓度分布情况的新方法和非线性最小二乘法反演污染气体浓度的算法。利用自主研发的车载FTIR系统对预监测污染源区域做闭合环路测量获取背景参考谱、测量谱,同时应用气体辐射传输的简化模型计算得到大气透过率谱,最终应用非线性最小二乘拟合算法对大气透过率谱反演得出污染源区域周边污染气体分布的柱浓度信息。运用此方法实际遥测了上海高桥石油化工区丙烯排放的情况,实验结果显示,测量的丙烯柱浓度分布准确地反应了污染物的排放和扩散情况,证明了车载FTIR技术在区域性污染气体监测方面的实用性。     

AMTIS单通道多角度热红外图像的大气订正

给出了在假定无大气廓线情况下,AMTIS单通道多角度热红外图像的大气订正算法.算法需要三个参数:其中大气等效温度,用“最小标准差法”从图像自身来估算;大气透过率通过地表的绝对湿度或者太阳辐射计得到的大气水汽含量参数来估算;像元的辐射率比由AMTIS得到的NDVI计算.通过将大气订正后的亮度温度与地面实测点亮度温度比较,两者相差约1.2K,这对于无大气廓线情况下单通道热红外图像的大气订正来说,结果是可以接受的.     

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。     

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...     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。     

762 nm氧分子吸收带在非均匀大气中不同投射角的大气透过率准确模型

762 nm氧分子吸收带的大气透过率模型用包含温度和气压的多项式表示,其多项式系数表示为入射角的余弦的另一个幂级数.类似地,还给出了平均大气透过率模型.数值试验表明,在绝大多数情况下,透过率模型与平均透过率模型的拟合误差(RMS)分别小于0.0001和0.0005,其极大误差分别小于0.0005和0.003.此二模型已用于从空间探测气压廓线的研究.此外,还给出了大气透过率间隔误差的订正方法.     

Autonomous atmospheric compensation (AAC) of high resolution hyperspectral thermal infrared remote-sensing imagery

Atmospheric emission and absorption significantly modify the thermal infrared (TIR) radiation spectra from Earth's land surface. A new algorithm, autonomous atmospheric compensation (AAC), was developed to estimate and compensate for the atmospheric effects. The algorithm estimates from hyperspectral TIR measurements two atmospheric index parameters, the transmittance ratio, and the path radiance difference between strong and weak absorption channels near the 11.73 /spl mu/m water band. These two parameters depend on the atmospheric water and temperature distribution profiles, and thus, from them, the complete atmospheric transmittance and path radiance spectra can be predicted. The AAC algorithm is self-contained and needs no supplementary data. Its accuracy depends largely on instrument characteristics, particularly spectral and spatial resolution. Atmospheric conditions, especially humidity and temperature, and other meteorological parameters, also have some secondary impacts. The AAC algorithm was successfully applied to a hyperspectral TIR data set, and the results suggest its accuracy is comparable to that based on the in situ radiosonde measurements.     

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。