中高层大气红外辐射特性数值模拟研究及其应用

发布时间：2020-03-22 00:38

【摘要】：本论文利用中高层大气红外数值模式模拟研究其临边红外辐射特性,研究模拟中高层大气临边红外辐射的算法的适用性,探索将实测大气参数廓线融入红外辐射模式的方法,并将数值模式应用到临近空间目标探测可行性评估中。主要的内容和结果包括:1、利用改进的 SHARC(Strategic High-Altitude Radiance Code)non-LTE(non-Local Thermodynamics Equilibrium)模式模拟分析了静态大气条件(无极光扰动大气)下典型红外波段的中高层大气临边辐射特性;给出各红外谱带临边辐亮度的季节-纬度变化特征和太阳活动-地磁活动变化特征。2、利用SHARC极光模式与静态模式模拟对比分析极光扰动大气条件下主要红外谱带的临边辐亮度的变化特征;呈现极光扰动大气临边辐射与静态大气临边辐射的差异,并给出了极光扰动大气临边辐亮度谱的特征和其随时间变化的特征。3、基于 CART(Combined Atmospheric Radiative Transfer)分子吸收算法开发了 LTE临边辐亮度模式,通过模拟对比分析,研究了中高层大气红外辐射的数值算法适用性;展示出中高层大气临边红外辐射并非总是受到non-LTE效应的显著影响,在较低的平流层与低中间层区域,多数红外波段的non-LTE效应可以忽略,给出了 LTE模式的适用范围。4、分析了 TIMED/SABER(Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetic and Dynamic/Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)白天CO2浓度廓线数据集;通过多元线性回归方法的应用初步探索出拟合实测数据集的方法,为进一步拟合分析实测数据集并形成中高层大气红外辐射敏感参数(如温度,CO2浓度,O3浓度)的经验模式奠定了基础。5、针对临近空间目标红外光学探测的可行性,构建了目标背景临边对比度模型,基于中高层大气红外辐射特性的模拟研究,初步模拟分析了临近空间目标辐射与中高层大气背景辐射间的视在临边对比度,给出不同波段目标背景对比度的变化特征。
【图文】：

１．１．１大气辐射基本物理量逡逑描述大气中指定位置Ｐ点处在ｘ方向上单位立体角内频率为ｖ的电磁辐射的逡逑福射强度（ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）邋／（Ｐ，邋ｓ）—般沿用来自天体物理学中的定义。如图１．１逡逑所示，／，．（Ｐ，ｓ）的定义可表达为：逡逑－逦（］Ｆ逡逑Ｉｖ（Ｐ，ｓ）邋＝邋－邋＾邋－逦（Ｕ）逡逑ａｎｓｄ（0ｓａｖａｔ逡逑其中ｄ￡Ｖ为频率为ｖ－ｖ＋ｄｖ间隔内的福射在时间ｗ＋ｔｋ内穿过Ｐ点附近ｄ７ｒｓ截面ｄｃｙ５逡逑立体角内的能量。若／，，．与方向ｘ无关，则称Ｐ点处的辐射场是各项同性的；若／、，逡逑与位置Ｐ无关，则称指定范围内的大气辐射场是均匀的。逡逑ｄ７ｒｓ逡逑图１．１辐射强度的示意图（Ｇｏｏｄｙ邋ａｎｄ邋Ｙｕｎｇ，邋Ｉ９８９）逡逑需要说明的是，这里定义的辐射强度与国际单位制中的辐亮度（ｒａｄｉａｎｃｅ）可逡逑３逡逑

７逡逑ｓ0逡逑图１．２大气介质中辐射传输示意图逡逑如图１．２所示，假设Ｐ点处ｓ方向上的辐亮度由０点到Ｐ点间的辐射传输过逡逑程决定。综合近独立粒子假设和Ｂｅｅｒ定律，辐射在气体介质中传输衰减的微观逡逑过程的数学形式可以推导获得：逡逑５逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN21

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本文编号：2594179