激光掩星探测大气水汽的阿贝尔变换

发布时间：2021-04-13 05:55

　　对流层顶-平流层下区域（UTLS）的水汽分子密度对于研究全球变化、大气物质能量交换具有十分重要的意义,激光掩星技术可能是一种探测该区域水汽的有效手段。掩星对于大气探测的核心思想源于阿贝尔（Abel）变换。GPS掩星的阿贝尔积分变换表达的是连线的折射角与切点处折射率之间的关系,而与GPS掩星的阿贝尔积分变换不同的是,激光掩星的阿贝尔积分变换建立的是全路径大气光学厚度与切点处大气消光系数之间的关系。从光线的程函方程出发,通过变量替换、坐标置换,从而建立起大气光学厚度与大气消光系数之间的关系。由于光在切点处大气的消光系数和该处大气的水汽浓度成正比,因此分别在微卫星和微卫星之间发射、接收0.935μm掩星激光脉冲,连接两者之间的光束穿过大气层,计算积分路径上其水汽双波长差分光学厚度,由阿贝尔积分变换反演即可获得光束路径切点处水汽浓度。随着掩星连线的上下移动,连线切点高度随着卫星相向或背向而行而变化形成水汽浓度廓线。由于激光束发散角小,因此由激光掩星方法获得的水汽廓线高程精度高,水汽的吸收消光可以直接得到水汽的分子密度,优于GPS掩星的相位延迟间接方法,可以更直接精确地探测大气对流层顶-平流层下... 

【文章来源】：大气与环境光学学报. 2020,15(03)CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图１?ＧＰＳ掩星探测地球大气的示．意图??Ｆｉｇ．ｌ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｖｅｒｖｉｅｗ?ｆｏｒ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ?ｕｓｉｎｇ?ｌａｓｅｒ?ｏｃｃｕｌｔ?ａｔ?ｉｏｎ??

第３期??洪光勁，等：激光掩星探测大气水汽的阿贝尔变换??１８３??的积分变换，这是大气物理与大气遥感学界比较熟悉的．而在激光掩星事件中，利用的阿贝尔变换，指的??是光学厚度与连线（ｒａｙ）切点处的消光系数之间的数学变换，与ＧＰＳ掩星的原理略有不同，有必要进行一??下梳理。激光掩星的波束发散角小，更容易获得高度分辨率??掩星探酒概念所需的适当的轨道是一个圆形的地球低轨道（ＬＥＯ），而且必须避免两个轨道之间的相对??运动。对一个全球性覆盖的任务来说，这Ｋ能利用在极地轨道（太阳同步轨道）上的航天器来实现．此外，??微小卫星和对应的微小１星的轨道高度应接近，以确保下降的切点在整个大气层中尽可能垂直．它们相向??而行或背询而行，如图２所示。表示发射机，Ｉ：表示发射机；表示收发之间距离。??Ｆｉｇ．?２?Ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｔｗｏ?ｍｉｃｒｏ－ｓａｔ?ｅｌｌ?ｉｔ?ｉｃ?ｏｒｂｉｔｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｏｃｃｕｌｔａｔｉｏｎ??ｒａｙ?ｐｅｒｉｇｅｅ??（ｔａｎｇｅｎｔ?ｐｏｉｎｔ），??图３激光掩星示意图（ＩＶ表示激光发射端；凡表示激光接收端）??Ｆｉｇ．３?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｌａｓｅｒ?ｏｃｃｕｌｔａｔｉｏｎ??如图３所示激光强度Ｊ沿着光束路径的４?ｉＶ连线）的衰减根据朗伯定理可表示为??ｄＪ?＝?—ｋｌｄｌ??（２）??


本文编号：3134749