TOMRADE和MODTRAN 3.7模式研究紫外后向散射探测臭氧总量问题的比较

本文利用MODTRAN 3.7和TOMRADE模式分别计算了308.0 nm、312.5 nm、317.5 nm、322.3 nm、331.2 nm、360.0 nm六个紫外波段的后向散射强度并进行了比较,且利用两个模式计算得到的插值表,对EPTOMS实测资料分别进行反演,得到结论如下：1）两模式算得的后向散射强度随着太阳天顶角、卫星天顶角、地表反照率的变化特性基本一致,均能较好的反映紫外后向散射的辐射特性;2）总体而言,两模式计算的后向散射强度值相对偏差在－6％～18％之间;3）分别把MODTRAN 3.7和TOMRADE模式计算的插值表用于2003年7月30日中纬度地区EPTOMS实测资料的反演,得到的臭氧总量相对偏差在－3％～5％之间.本文对紫外波段大气辐射传输模式的研究和紫外后向散射探测臭氧总量的反演误差研究有着重要意义.     

云顶以下臭氧对TOMS反演臭氧总量的影响及反演方法的理论研究

目前紫外后向散射反演臭氧总量的所有算法，都将云考虑成不透明的Lambertian反射体，并假定云顶有效反照率不随波长的变化而变化.然而本文通过模拟计算发现，由于云散射、瑞利散射、臭氧吸收三种作用的综合结果，云顶的有效反照率是与波长相关的，即使光学厚度比较大的云，辐射也可由云顶继续向下传输，因而会受到云顶以下臭氧吸收的影响.用V7方法进行反演，模拟计算结果表明：云的出现使得云顶以下，特别是云内光程增强，导致紫外波段的臭氧吸收衰减增大，所以反演出的臭氧总量值比真实值偏大，本文称这种现象为“云吸收效应”，并讨论了该效应的影响因子.最后，在辐射传输模拟的基础上建立一套反演算法，大大减弱了“云吸收效应”的影响.     

利用OI 135.6 nm夜气辉辐射探测电离层峰值电子密度及电子总含量的研究

测量夜间135.6 nm大气气辉辐射强度是目前有效的电离层探测方式之一,我国即将在风云三号卫星上搭载仪器,利用该波段夜气辉辐射测量来反演电子总含量(本文所指电子总含量表示卫星高度以下大气柱的电子含量)及峰值电子密度,因此非常有必要开展相关的气辉发光模型及反演研究.在介绍氧原子135.6 nm波段夜气辉激发机制基础上,考虑辐射在传输过程中受到大气氧原子的散射及氧气分子的吸收,采用迭代法求解包含多次散射及大气吸收衰减的辐射传输方程,得到该波段的体发射率,最终通过考虑包含辐射传输的路径积分计算得到135.6 nm气辉辐射强度值.对结果的分析表明:该气辉模型能较好地描述体发射率随高度的分布特征,计算得到的135.6 nm夜气辉辐射强度在不同时空及太阳活动的分布与相应条件下峰值电子密度(N_mF₂)及电子总含量(TEC)的分布基本一致.相同的时空及太阳活动输入条件下,模式计算的135.6 nm夜气辉辐射强度与国外同类模式结果的值平均偏差约为3%.文中最后介绍了通过135.6 nm夜气辉的辐射强度探测来反演电离层峰值电子密度N_mF₂及电子总含量TEC的反演方法.     

云顶高度对紫外辐射反演臭氧总量的影响

云顶高度是紫外后向散射反演臭氧总量算法的莺要参数.利用模拟计算,对云顶高度误差引起的与臭氧反演相关的误差,即内插误差,云上臭氧误差以及云下臭氧误差进行了分析比较,结果表明:相对内插误差,云上臭氧误差和云下臭氧误差比较大,且两者不能抵消,反而总是相互叠加在一起.当假设的云顶高度比真实值高,两种误差相加使得反演值比真实值偏高;若假设的云顶高度比真实值低,两种误差相加使得反演值比真实值偏低.在本文假设条件成立的基础上,臭氧反演误差在10%～-20%之间分布.对2003年7月30日低纬地区的EPTOMS(Earth Probe Total Ozone Mapping Spectrometer)云天实测资料反演的结果与理论计算的结果相一致.     

机载微波辐射计测云中液态水含量(Ⅱ):反演方法

介绍了机载对空微波辐射计探测云中路径积分液态水含量(L)的辐射传输原理和反演方法;根据吉林省长春市的历史探空资料和典型的层状云液水垂直分布模式,得到该地区4～7月各月随高度而变化的反演公式系数的表达式,并给出了反演误差的数值模拟检验结果：在地面反演值对“真值”的统计相对偏差是15％～25％,在6km高度处为5％～10％,表明该方法已具有实用可接受的精度。此外,为减少由于回归样本中云液水廓线的“失真”给反演造成的误差,本文在对探空廓线作诊断建立云液水廓线时,引入了实际目测最低云底高的信息。数值模拟比较表明,该措施行之有效,使对流层中下层几乎所有高度上L反演值的精度提高了5％～20％,观测高度越低,精度提高的越多。     

FY-3气象卫星紫外臭氧总量探测仪辐亮度在轨定标与反演结果分析

FY-3气象卫星上搭载的紫外臭氧总量探测仪TOU是我国自主开发研制的首台用于全球臭氧总量定量测量的探测仪,自发射以来已成功在轨运行近两年.由于TOU发射前辐亮度定标存在偏差,为了得到高精度的产品,TOU必须进行在轨定标.本文介绍了基于辐射传输模式计算对TOU辐亮度进行在轨道定标的方法,定标过程中用于模拟辐亮度计算的臭氧总量由与TOU观测时刻相近的国外臭氧总量探测仪器MetOp/GOME-2提供.文章将在轨定标后TOU的反演结果与AURA/OMI以及地基的产品进行比较,结果表明,用辐射传输模式对TOU辐亮度进行在轨定标的方法是可行的,反演结果能够真实地反映臭氧的时空分布特性,在全球部分地基观测站所处的位置上对TOU, OMI以及地基的臭氧总量进行比较的结果表明,TOU与OMI的相对偏差均方根约为2.52%,TOU与地基以及OMI与地基观测结果之间的相对偏差均方根分别为4.45%和3.89%.