利用红外高光谱数据反演大气参数廓线的方法和应用研究
发布时间：2020-12-25 19:30
大气温度、湿度是气象预报的主要参数,利用大气红外高光谱数据反演获得的大气温湿度等参数信息,对光学工程中定量评估大气传输和提高天气预测能力有重要的意义。对流层是地球大气最稠密的一部分,基本上所有的天气现象都发生在对流层内。机载红外光谱资料为对流层和低平流层的气象观测提供了独特的平台。本文主要围绕搭载在ER-2飞机上的高光谱分辨率红外干涉仪（HIS）观测的高分辨率大气光谱数据,开展了以下几个方面的研究工作:1.通过比较模拟计算和实测的高光谱观测数据,研究了三种辐射传输模式的计算精度。对比利用LBLRTM、MODTRAN、CART三种辐射传输模型,模拟计算地基AERI、机载HIS、星载AIRS三种仪器的大气红外辐射观测值,结果表明对于超高分辨率红外探测仪器AERI和HIS,LBLRTM模拟光谱的能力明显优于MODTRAN、CART,对于中高分辨率红外探测仪器AIRS,LBLRTM、MODTRAN、CART的模拟精度相当;并进行了有云情况下云红外辐射特性的模拟计算。2.分别使用有限差分法和解析法计算机载平台温度、水汽雅克比。基于LBLRTM辐射传输模型,利用有限差分法和解析方法分别计算机载平台...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１三种不同探测方式的几何特征（ａ）天底观测模式；??（ｂ）掩星观测模式；（ｃ＞临边观测模式??３??
它是云、雾、雪的根源。在一定的温度下，随着水汽含量的増加，它可以达??到饱和状态，如果进一步增加即达到过饱和状态，再凝结形成云。水汽的时空分??布特征变化剧烈［４５］。图２．１给出了２０１８年１２月水汽柱含量（单位为的全??球分布图，数据来源于ＥＣＭＷＦ再分析数据。从图中我们看出水汽含量与纬度有??显著关系。??二氧化碳是均匀混合气体，其体积混合比在０４０ｋｍ范围内几乎保持一致，??由于工业化进程的加速，二氧化碳的体积混合比从１８００年的２８０ｐｐｍ增加到２０１８??年的４０５ｐｐｍ，增加了约４５％，有学者认为ＣＣｈ是导致全球天气变暖的原因，因此??Ｃ〇２通量的监测和温室气体源汇机制成为了研究的热点［４６１??甲烷是地面产生的均匀混合气体，主要产生于缺氧的环境，如湿地、沼泽、??稻田等，反刍动物也是一种释放源。煤燃烧、天然气和石油工业是主要的人为释??放源。自１９世纪的工业革命后，甲烷含量也持续增加，体积混合比从１８００年的??０．８ｐｐｍ增加到２０１１年的１．８ｐｐｍ
带（ｋ２基频带）和／ｌ＞１２（ｘｍ转动带，其次较强的是１．３８叫、１．８７叫和２．７ｎｍ带，??０．９４（ａｍ、和３．２｜ｉｍ还有弱吸收带，可见光部分还有０．７２、０．８１ｎｍ很弱的??吸收带。??（２）Ｃ０２：在红外区的４＞和１５叫处，Ｃ〇２有两个强的吸收带，２．７叫有??较强的吸收带，１．４、１．６、２．０、４．８、５．２、９．４和１０．４叩１处有一系列弱吸收带。??（３）０３：?０３红外最强的吸收带处在９＿６叫，在４．７和１４．１ｎｍ处也有较强的吸??收，在红外波段还有一系列非常弱的吸收带（如３．３、３．６、５．７、９．〇ｎｍ）。??（４）ＣＨ４：?ＣＨ４是一个球形陀螺分子，红外３．３１ｐｍ的ｖ３带和７．６６ｎｍ的ｖ４带是??较强的吸收带，在１．６７？３．８５ｎｍ之间有一系列弱的吸收带。??（５）ＣＯ：?ＣＯ在４．６７叫处有强的吸收，在２．３５、１＿５７、１．１９叫处有非常弱的??吸收。??（６）Ｎ２０：?Ｎ２０?在?４．５?和?７．８ｎｍ?处有强的吸收，在?３．９、４．０６、８．６、１７．〇ｎｍ?处??有一系列吸收带。??（７）痕量气体（ＮＯ、Ｎ〇２、ＮＨ３、Ｓ〇２）：在红外２－１４ｎｍ波段有吸收带，因其含??量甚微，对大气吸收很少，一般整层大气的吸收都小于ｌ°／ｃ??３００??，?１???１?■?１???１???１???
【参考文献】：
期刊论文
[1]FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究[J]. 鲍艳松,汪自军,陈强,周爱明,董瑶海,闵锦忠. 上海航天. 2017(04)
[2]甲烷浓度变化的有效辐射强迫及其对气候的影响[J]. 谢冰,张华,杨冬冬. 气候变化研究进展. 2017(01)
[3]L曲线方法在地基红外高光谱反演温度廓线中的应用[J]. 黄威,刘磊,高太长,李书磊,胡帅. 光谱学与光谱分析. 2016(11)
[4]风云三号卫星红外高光谱探测技术及潜在应用[J]. 漆成莉,顾明剑,胡秀清,吴春强. 气象科技进展. 2016(01)
[5]红外高光谱资料AIRS反演晴空条件下大气氧化亚氮廓线[J]. 马鹏飞,陈良富,厉青,陶明辉,王子峰,张莹,王中挺,周春艳. 光谱学与光谱分析. 2015(06)
[6]大气CO2浓度卫星遥感进展[J]. 陈良富,张莹,邹铭敏,徐谦,李令军,李小英,陶金花. 遥感学报. 2015(01)
[7]机载微波辐射计大气温湿廓线反演性能分析[J]. 谭泉,姚志刚,赵增亮,韩志刚,孙学金. 气象水文海洋仪器. 2014(03)
[8]卫星红外高光谱反演大气水汽含量[J]. 张升兰,刘海磊,邓小波,闵文彬. 遥感技术与应用. 2014(04)
[9]利用红外高光谱资料CrIS反演大气温湿廓线的模拟研究[J]. 马鹏飞,陈良富,陶金花,苏林,陶明辉,王子峰,邹铭敏,张莹. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[10]通用大气辐射传输软件(CART)及其应用[J]. 魏合理,陈秀红,戴聪明. 红外与激光工程. 2012(12)
博士论文
[1]卫星红外超光谱资料及其在云检测、晴空订正和大气廓线反演方面的应用[D]. 官莉.南京信息工程大学 2005
硕士论文
[1]利用SCIAMACHY/ENVISAT资料开展中国区域NO2反演研究[D]. 齐瑾.中国气象科学研究院 2007
本文编号：2938258
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１三种不同探测方式的几何特征（ａ）天底观测模式；??（ｂ）掩星观测模式；（ｃ＞临边观测模式??３??
它是云、雾、雪的根源。在一定的温度下，随着水汽含量的増加，它可以达??到饱和状态，如果进一步增加即达到过饱和状态，再凝结形成云。水汽的时空分??布特征变化剧烈［４５］。图２．１给出了２０１８年１２月水汽柱含量（单位为的全??球分布图，数据来源于ＥＣＭＷＦ再分析数据。从图中我们看出水汽含量与纬度有??显著关系。??二氧化碳是均匀混合气体，其体积混合比在０４０ｋｍ范围内几乎保持一致，??由于工业化进程的加速，二氧化碳的体积混合比从１８００年的２８０ｐｐｍ增加到２０１８??年的４０５ｐｐｍ，增加了约４５％，有学者认为ＣＣｈ是导致全球天气变暖的原因，因此??Ｃ〇２通量的监测和温室气体源汇机制成为了研究的热点［４６１??甲烷是地面产生的均匀混合气体，主要产生于缺氧的环境，如湿地、沼泽、??稻田等，反刍动物也是一种释放源。煤燃烧、天然气和石油工业是主要的人为释??放源。自１９世纪的工业革命后，甲烷含量也持续增加，体积混合比从１８００年的??０．８ｐｐｍ增加到２０１１年的１．８ｐｐｍ
带（ｋ２基频带）和／ｌ＞１２（ｘｍ转动带，其次较强的是１．３８叫、１．８７叫和２．７ｎｍ带，??０．９４（ａｍ、和３．２｜ｉｍ还有弱吸收带，可见光部分还有０．７２、０．８１ｎｍ很弱的??吸收带。??（２）Ｃ０２：在红外区的４＞和１５叫处，Ｃ〇２有两个强的吸收带，２．７叫有??较强的吸收带，１．４、１．６、２．０、４．８、５．２、９．４和１０．４叩１处有一系列弱吸收带。??（３）０３：?０３红外最强的吸收带处在９＿６叫，在４．７和１４．１ｎｍ处也有较强的吸??收，在红外波段还有一系列非常弱的吸收带（如３．３、３．６、５．７、９．〇ｎｍ）。??（４）ＣＨ４：?ＣＨ４是一个球形陀螺分子，红外３．３１ｐｍ的ｖ３带和７．６６ｎｍ的ｖ４带是??较强的吸收带，在１．６７？３．８５ｎｍ之间有一系列弱的吸收带。??（５）ＣＯ：?ＣＯ在４．６７叫处有强的吸收，在２．３５、１＿５７、１．１９叫处有非常弱的??吸收。??（６）Ｎ２０：?Ｎ２０?在?４．５?和?７．８ｎｍ?处有强的吸收，在?３．９、４．０６、８．６、１７．〇ｎｍ?处??有一系列吸收带。??（７）痕量气体（ＮＯ、Ｎ〇２、ＮＨ３、Ｓ〇２）：在红外２－１４ｎｍ波段有吸收带，因其含??量甚微，对大气吸收很少，一般整层大气的吸收都小于ｌ°／ｃ??３００??，?１???１?■?１???１???１???
【参考文献】：
期刊论文
[1]FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究[J]. 鲍艳松,汪自军,陈强,周爱明,董瑶海,闵锦忠. 上海航天. 2017(04)
[2]甲烷浓度变化的有效辐射强迫及其对气候的影响[J]. 谢冰,张华,杨冬冬. 气候变化研究进展. 2017(01)
[3]L曲线方法在地基红外高光谱反演温度廓线中的应用[J]. 黄威,刘磊,高太长,李书磊,胡帅. 光谱学与光谱分析. 2016(11)
[4]风云三号卫星红外高光谱探测技术及潜在应用[J]. 漆成莉,顾明剑,胡秀清,吴春强. 气象科技进展. 2016(01)
[5]红外高光谱资料AIRS反演晴空条件下大气氧化亚氮廓线[J]. 马鹏飞,陈良富,厉青,陶明辉,王子峰,张莹,王中挺,周春艳. 光谱学与光谱分析. 2015(06)
[6]大气CO2浓度卫星遥感进展[J]. 陈良富,张莹,邹铭敏,徐谦,李令军,李小英,陶金花. 遥感学报. 2015(01)
[7]机载微波辐射计大气温湿廓线反演性能分析[J]. 谭泉,姚志刚,赵增亮,韩志刚,孙学金. 气象水文海洋仪器. 2014(03)
[8]卫星红外高光谱反演大气水汽含量[J]. 张升兰,刘海磊,邓小波,闵文彬. 遥感技术与应用. 2014(04)
[9]利用红外高光谱资料CrIS反演大气温湿廓线的模拟研究[J]. 马鹏飞,陈良富,陶金花,苏林,陶明辉,王子峰,邹铭敏,张莹. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[10]通用大气辐射传输软件(CART)及其应用[J]. 魏合理,陈秀红,戴聪明. 红外与激光工程. 2012(12)
博士论文
[1]卫星红外超光谱资料及其在云检测、晴空订正和大气廓线反演方面的应用[D]. 官莉.南京信息工程大学 2005
硕士论文
[1]利用SCIAMACHY/ENVISAT资料开展中国区域NO2反演研究[D]. 齐瑾.中国气象科学研究院 2007
本文编号：2938258
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