晴空大气中红外波段精细光谱透过率分析

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近、中红外光谱波段是地面和大气热辐射的主要波段,同时也是众多光电系统工程的应用范围。针对晴空天气条件,利用理论分析及数值计算结合的方法,重点分析了2-12μm波段激光大气传输精细光谱透过率,并开展了对光电系统应用影响的研究,以期为激光工程应用如系统波长选型、优化设计等提供基础和依据,主要研究结果如下:  一、基于逐线积分辐射传输模式,选择不同版本Hitran数据库,以中红外2~12μm波段、常用窗口3~5μm波段为例,对比分析了中纬度夏季(45°N,7月)不同初始高度、上行传输大气分子吸收透过率的差异,比较了不同版本数据库对上行传输透过率计算精度的影响。同时,以2~5μm波段为例,进一步对比分析了不同传输场景中纬度夏季大气下,不同版本Hitran数据库(Hitran96、Hitran2k、Hitran04和Hitran08)对大气热辐射计算精度的影响。采用旧版本的Hitran数据库,在不同波段会带来不同程度的计算误差。  二、进一步考虑气溶胶吸收、散射效应的影响,利用Modtran5并结合Hitran08数据库分析了中纬度夏、冬季大气模式,中红外2~5μm波段上行传输时的大气透过率。重点分析了边界层气溶胶相对大气分子对透过率的影响权重;分析了在选择不同类型的背景对流层气溶胶时,大气透过率随高度的变化规律。气溶胶相对大气分子对透过率的影响权重较小,在研究高空传输场景下的大气透过率可以忽略气溶胶的贡献。  三、针对我国典型地区大气模式,首先分析了我国典型地区平均大气、冬季大气及夏季大气的平均透过率,并分析比较了我国典型地区大气模式及标准大气模式中的6种主要吸收分子透过率的差异;其次比较了不同初始高度、我国典型地区大气(平均大气、冬季大气及夏季大气)与标准大气模式的差异。最后,对比分析了我国同一纬度不同经度地区的大气透过率,同一纬度不同经度地区大气透过率存在一定的差异。因此,采用国外标准大气模式计算我国地区大气透过率会带来一定的误差。  
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