通用大气辐射传输软件(CART)及其应用

大气光谱透过率和背景辐射的计算在诸如大气遥感、光电工程等领域有重要应用。根据所提出的中分辨率大气分子吸收快速计算方法、大气气溶胶衰减计算方法、大气多次散射快速算法,研制了一套通用大气辐射传输计算软件(CART),该软件可根据大气参数快速计算可见光到远红外波段的大气光谱透过率和大气背景辐射,光谱分辨率1 cm-1,覆盖可见光到远红外波段。介绍了该软件的计算模型、主要功能和计算实例、部分实际验证结果以及应用领域。CART在目标辐射特性测量的大气修正、光电设备的设计和性能评估将有广泛的应用。     

高空远距离目标红外辐射及大气衰减模型研究

结合普朗克辐射定律,采用双波段测温法分析了高空远距离目标的温度与红外辐射。提出了一种目标投影面积的计算方法。由于是远距离探测,在考虑地球曲率的情况下提出了一种计算任意方向两点大气衰减的计算模型,并分析了不同探测距离下3~5μm和8~12μm两个波段红外辐射的衰减情况.实验结果表明,在10 km左右的高空中,目标红外辐射测量的距离可以从低空的几十公里增加到几百公里,这为进一步分析目标辐射特性提供了理论与技术上的支撑.     

高光谱遥感大气辐射校正技术的研究

为满足高光谱遥感图像定量化解译的需求,针对现有大气校正方法面临的大气参数不同步问题,对基于大气参数空间同步获取的大气辐射校正技术进行了研究。首先总结了利用卫星搭载专用大气辐射校正载荷,同步提供大气校正参数与地表反射特性的方法,从根本上解决辐射传输模型中的大气参数难以同步获取的问题。其次结合国外在轨运行的高光谱遥感卫星的调研结果,在大气校正载荷的设计—尤其是谱段选择和优化方面对载荷系统的方案特点和技术指标进行了归纳。并选取EO-1 Hyperion高光谱遥感图像进行了大气校正,从校正前后图像的视觉效果、光谱特性、典型地物的分类识别效果三方面分析了大气校正对高光谱遥感定量化应用性能的提升。最后对大气辐射校正技术的发展前景进行展望。     

红外辐射大气透射率的计算

根据ＬＯＷＴＲＡＮ７部分光谱数据，编制了红外辐射大气透射率计算软件包．介绍了该软件的计算原理、大气模式和特点，并进行了计算，其结果和我们的实测结果吻合得很好．     

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。     

通用大气辐射传输软件CART介绍

初步研制了一套基于我国大气模式的、光谱分辨率为1 cm-1、计算速度较快的通用大气辐射传输(CART)软件.对该软件的研制背景、主要功能和部分计算结果、应用领域等作了简单介绍.     

卷云高度对大气的红外光谱辐射影响的研究

利用通用大气辐射传输软件(CART)计算了不同高度卷云大气红外光谱辐射亮温,着重分析了卷云高度对不同红外波段红外亮温谱、卷云有效尺度以及光学厚度反演的影响。研究发现:对流层顶以下,大气窗口波段的亮温随着卷云高度的变化和大气温度廓线基本一致,790~960 cm-1波段亮温的斜率随卷云高度的增加而变大。亮温差BTD[900~1 231 cm-1]对薄卷云和小的有效尺度随卷云高度的变化较明显。对于厚卷云,亮温差BTD[900~1 559 cm-1]随卷云高度的变化基本上不依赖于卷云有效尺度和光学厚度。在卷云参数的光学定量遥感中需考虑卷云高度变化的影响。     

饱和激发情况下油荧光非线性特征初步分析

利用激光诱导荧光( LIF)技术,从荧光强度和光谱偏移两个角度研究饱和激发状态下油荧光的非线性变化特征。利用能量变化的激光束诱导油样本荧光,获得荧光强度变化数据,通过非线性曲线拟合来标定荧光特征峰位430nm处的强度变化参数,获得该波长荧光强度的线性变化范围和非线性趋势,并利用探测波长处荧光强度构造出随诱导光强变化的三维油荧光光谱,实现基于激发光能量参量的油样本光谱区分。实验中,针对普通荧光光谱法无法区分的油样本,结合饱和激发状态下油荧光非线性变化和基于激发光能量参量的油样本光谱特征,实现了样本的有效区分。     

细水雾在大气窗口波段的光谱与谱带辐射特性规律

研究了细水雾在3~5m和8~14m这两个大气窗口波段的红外辐射特性规律。通过对光谱辐射特性规律的研究,发现光谱散射系数与光谱吸收系数近似以1/2光谱消光系数为轴成对称关系,并且随着细水雾均值粒径的增大,对称关系趋于明显;通过对谱带辐射特性规律的研究,建立了细水雾在3~5m和8~14m两个波段内谱带衰减系数的近似计算公式;经过误差分析发现,细水雾均值粒径大于20m时,该近似公式可以保证三种谱带衰减系数的相对误差不超过5%。     

大气短波辐射传输之辐射函数的改进

改进了大气短波辐射传输之辐射函数的定义，将大气散射相函数与大气单次散射反照率之积随高度的变化包括在内．对改进型辐射函数（ＩＲＦ）的性质进行了较深入的研究，其中包括：各次散射光强与ＩＲＦ的关系，ＩＲＦ的解析递推公式，高价ＩＲＦ与零阶ＩＲＦ的解析关系，以及ＩＲＦ关于光学厚度的幂级数等．     

激光诱导等离子体辐射特性的研究综述

激光诱导等离子体作为一种宽光谱辐射源,能够产生X射线、紫外、可见、红外、太赫兹以及微波波段的辐射,可应用于天体物理、惯性约束核聚变、生物医学、材料科学、光谱分析、环境工程、信息技术、超快技术、光刻技术、成像技术、雷达技术、半导体技术等众多领域,具有较高的实用价值。迄今为止,有关激光诱导等离子体辐射特性的文献报道大多集中于描述激光与物质在单一波段的相互作用,对辐射的产生机理还未完全掌握,对完整光谱的研究综述依然比较缺乏。从电磁辐射光谱及其辐射机制的角度,对激光诱导等离子体的辐射特性做出了系统的梳理分类,对国内外相关团队的研究成果进行了总结和分析,特别从不同视角探究了等离子体与光谱辐射之间的物理关系。介绍了激光诱导等离子体各个波段的辐射特点,并讨论了影响辐射的相关因素。最后,对红外波段和太赫兹波段的研究前景进行了展望。     

基于数字微镜的大气透射仪校准光源的光谱模拟方法

针对目前大气透射仪校准领域无法溯源到世界气象组织对能见度定义的难题,以及如何实现满足国际民航组织(ICAO)观测要求的2700 K色温光谱模拟问题,本文提出了一种基于数字微镜的大气透射仪校准光源的光谱模拟方法。首先分析了光谱模拟单元的偏态性质,选用Bigaussian、Asym2Sig和ECS三种函数分别作为正偏态、正态以及负偏态分布光谱模拟单元的拟合函数;然后采用Gaussian函数以及Bigaussian、ECS、Asym2Sig三种函数组合进行光谱模拟对比实验,两者的光谱模拟误差分别为33.4%和25.2%,这表明三种函数组合代替Gaussian函数进行光谱模拟具有可行性;之后分析了影响光谱模拟误差的主要因素,提出了一种基于最大模拟误差的光谱修正方法,并在410～460 nm局部波段验证了光谱修正方法的正确性,最终实现了380～780 nm波段范围内2700 K色温光谱模拟误差为6.2%,较修正前整体光谱调制能力提高了4.06倍。     

基于大气程辐射比例修正的红外辐射特性测量

大气程辐射是影响目标红外辐射特性测量精度的重要因素之一。本文利用大气程辐射修正因子修正大气程辐射值以提高其测量精度。首先,给出目标红外辐射特性测量模型,然后,提出利用大气程辐射修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将一定距离下实际测量的大气程辐射和MODTRAN计算的大气程辐射之比定义为大气程辐射修正因子,最后利用该修正因子对其他距离的MODTRAN计算的大气程辐射进行修正并进行目标的辐射反演,获得目标辐射特性。本文利用中波红外摄像机和小面源黑体开展目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,本文方法较传统方法可以在一定程度上提高目标辐射特性测量精度,将精度提高2%左右。     

基于Monte Carlo大气辐射传输模型的Ring效应模拟

Ring效应描述了由于大气的转动Raman散射导致的太阳夫琅禾费线变弱的现象,这种现象受气溶胶光学性质的影响,因此可以通过模拟Ring效应反映气溶胶状况。采用合适的大气参数带入模型,计算总光子中发生转动Raman散射的光子数的概率来衡量Ring效应的强度,并将模拟计算的Ring强度结果和MAX-DOAS系统实测的Ring效应强度进行对比,得到了较好的一致性。结果表明,通过大气辐射传输模型模拟计算Ring效应具有快速特点,在未来的工作中将结合MAX-DOAS技术,利用Ring效应模拟反演大气气溶胶状况。     

中高层大气临边红外辐射的LTE与non-LTE模拟对比

利用战略高空辐亮度代码(Strategic high-altitude radiance code, SHARC) 和通用大气辐射传输代码 (Combined atmospheric radiative transfer, CART) 模拟分析中高层大气临边红外辐射的算法适用范围。 通过模拟结果的对比,初步验证了CART临边模式的有效性。模拟结果表明,在主要的红外波段上,至少45 km以 下的平流层区域内临边红外辐亮度的计算都可以采取局域热力学平衡模式(Local thermodynamics equilibrium, LTE);不同的红外波段在不同的大气条件下,需要采用非局域热力学平衡模式 (Non-local thermodynamics equilibrium, non-LTE)的高度不同,其中15 $\mu$m波段在至少80 km的切点 高度以下都可以使用LTE模式模拟,但是对于CO$_2$ 4.3 $\mu$m带主导的3$\sim$5 $\mu$m波段和O$_3$ 9.6 $\mu$m带 主导的8$\sim$12 $\mu$m波段,在中间层的多数区域内就必须采用non-LTE模式。     

电子电气设备的辐射发射及控制

剖析了电子电气设备电磁辐射超标的原因以及应采取的相应措施。     

红外辐射测量的大气修正

大气中目标辐射特性的测量必然受到大气的影响,为了得到目标本征的辐射特性,必须对大气进行修正.介绍了红外目标辐射测量中的大气透过率修正原理和必要性,给出了几种获得外场大气透过率的方法,并对其大气修正精度进行了讨论.     

红外辐射大气透射比的简易计算

简述了红外辐射在大气中传输时衰减的物理原因,研究了计算光谱透射比的方法.利用实验数据,计算得到了大气中水汽(H2O)、CO2的光谱吸收系数,推导了水汽吸收系数与温度、相对湿度之间的关系,给出了在给定气象条件下计算大气透射比的方法.最后举例计算了大气在0.3～13.9 μm波段的光谱透射比.本方法在工程应用中具有一定参考价值.     

大气参数模式及其在辐射大气传输计算中的应用

大气辐射传输的计算精度在很大程度上依赖于大气参数的精度。建立局地的大气参数模式在光电工程的大气传输计算中将有重要应用。利用目前可获得的探空数据、卫星观测数据、地面站点的观测数据初步建立了我国不同地域的大气参数模式,包括地面至120 km高度的温度、湿度、气压的逐日、逐月、逐年高度分布廓线、地面能见度的月平均分布,覆盖我国91个气象探空台站。并把这些大气参数模式用在通用大气辐射传输计算软件（CART）中计算大气透过率和大气背景辐射。文中展示了5个台站的大气参数时空分布以及用CART计算的大气窗口波段的透过率、大气热背景辐射逐月分布及其在我国地域的空间分布。     

电子电气设备的辐射发射及控制

剖析了电子电气设备电磁辐射超标的原因以及应采取的相应措施。