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基于红外与微波亮温数据的月表热惯量反演研究

发布时间:2019-04-28 12:38
【摘要】:月球是人类深空探测历程中的首要目标,月表热环境信息有助于研究月球及太阳系的起源和发展。月表热惯量作为重要的热物理参数,可以实现与月表岩性分布及月表物理温度变化的综合解译,从而加深对月表物质特性的认识。本文利用美国月球勘探飞行器任务中获取的红外亮温数据,结合物质在红外波段的Christiansen特征,反演了月表物理温度;并在前人研究的基础上提出了新的温度剖面模型,结合微波辐射传输方程及中国“嫦娥”探月卫星实测微波亮温数据,实现了月表温度剖面的反演。通过与Apollo热流实验实测的月表温度数据对比,验证了上述温度反演方法的合理性。表观热惯量作为真实热惯量的近似,求解方法简单,可以反映真实热惯量的变化规律。本文通过反照率、太阳辐照度以及昼夜温差对月表表观热惯量进行了估算。月表真实热惯量本文采取了两种方法进行反演。方法一为利用反演得到的温度剖面结合热物理参数模型,根据定义式计算热惯量。方法二为结合热传导方程,借助计算得到的模拟温度与实测温度拟合,反演热惯量。基于热惯量的反演结果,本文从时间变化特性、纵向分布特性以及区域特性三个方面对反演得到的热惯量数据进行比较分析。结果显示,热惯量在时间及空间两个维度上的变化规律确实与物理温度有极强的相关性,同时,由于热惯量是影响月表昼夜温度变化的关键因素,月表岩石含量极高的撞击坑区域,热惯量大,其昼夜温差明显小于同纬度临近地区。月表温度、岩性分布及热惯量的交互验证,为热惯量反演方法的合理性提供了依据。
[Abstract]:The moon is the primary target in the exploration of deep space. The information of the thermal environment of the lunar surface is helpful to study the origin and development of the moon and solar system. As an important thermophysical parameter, the thermal inertia of the lunar surface can be interpreted comprehensively with the lithologic distribution of the lunar surface and the variation of the physical temperature of the lunar surface, thus deepening the understanding of the material characteristics of the lunar surface. In this paper, the physical temperature of the lunar surface is retrieved by using the infrared brightness temperature data obtained from the mission of the U. S. lunar exploration spacecraft and the Christiansen characteristics of the material in the infrared band. On the basis of previous studies, a new temperature profile model is proposed. Combining with the microwave radiation transfer equation and the measured microwave brightness temperature data from the Chang'e lunar exploration satellite in China, the inversion of the monthly surface temperature profile is realized. Through the comparison with the monthly surface temperature data measured by Apollo heat flux experiment, the rationality of the above-mentioned temperature inversion method is verified. As the approximation of the real thermal inertia, the apparent thermal inertia is simple and can reflect the change rule of the real thermal inertia. In this paper, the apparent thermal inertia of the lunar surface is estimated by albedo, solar irradiance and diurnal temperature difference. In this paper, two methods are used for inversion of the real thermal inertia of the lunar surface. Method one is to calculate the thermal inertia according to the definition formula by using the temperature profile obtained from the inversion combined with the thermal physical parameter model. The second method is to inverse the thermal inertia by fitting the simulated temperature with the measured temperature in combination with the heat conduction equation. Based on the inversion results of thermal inertia, the thermal inertia data obtained from the inversion are compared and analyzed from three aspects: time variation characteristics, longitudinal distribution characteristics and regional characteristics. The results show that the variation of thermal inertia in both temporal and spatial dimensions has a strong correlation with physical temperature. At the same time, because thermal inertia is the key factor affecting the day and night temperature change of the lunar surface, The thermal inertia of the impact crater area with very high rock content on the lunar surface is large and the temperature difference between day and night is obviously smaller than that in the area adjacent to the same latitude. The interactive verification of monthly surface temperature, lithologic distribution and thermal inertia provides a basis for the rationality of thermal inertia inversion method.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P184.5

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