论文部分内容阅读
中高层大气红外光谱辐射和透过率是诸多大气科学领域内所关心的基础问题，包括模拟地球大气能量平衡、分析遥感实验数据和理解其对目标探测的作用。在临近空间探测中，中高层大气的背景辐射和大气传输特性是不可忽略的。因此，认识中高层大气物理化学过程，构建精确的红外辐射传输模型，模拟中高层大气背景辐射的时空变化特性对大气遥感探测和光电工程应用等具有非常重要的意义。 本文综述了中高层大气红外辐射传输研究进展，阐述中高层大气基本物理化学过程。对分子吸收光谱参数HITRAN数据库、臭氧和水汽的非局域热平衡辐射特性展开了较细致深入的研究，完成的主要工作有: 1)低层大气作为中高层大气辐射传输的边界条件，本论文通过与国际上高精度的软件计算对比，评估和验证了本课题组研制的通用大气辐射传输计算软件(CART)计算大气分子吸收、热辐射和散射辐射的精度，结果表明:CART软件计算大气分子吸收的精度优于MODTRAN4.0;计算热辐射的精度与MODTRAN4.0相当;计算的单次散射辐射与MODTRAN5.0的相对偏差一般小于10％，最大相对偏差为15％;计算的多次散射辐射与DISORT的相对偏差小于2.5％; 2)计算了7种红外辐射气体在局域热平衡和非局域热平衡状态下的总内配分函数。将构建的分子吸收带模式应用到高层大气辐射传输软件SHARC中，比较了不同版本HITRAN数据库对中高层大气分子吸收和光谱辐射的影响; 3)根据最新的臭氧辐射、碰撞和光化学过程及其速率常数，考虑部分高振动能级，改进了臭氧非局域热平衡模式。分析并验证了该模式在9.6μm和4.8μm光谱带的辐射特性; 4)根据最新的水汽辐射和碰撞过程及其速率常数，考虑部分高振动能级，改进了水汽非局域热平衡模式。分析并验证了该模式在6.3μm和2.7μm光谱带的辐射特性; 5)将改进后的高层大气辐射传输软件计算的光谱辐射和辐射廓线与卫星探测器实测值相比较，部分验证其计算准确性。在此基础上，通过模拟分析得到了中高层大气背景红外辐射在不同观测位置、大气光学条件和大气模式下的基本变化特性;