适用于遥感正演模拟的快速辐射传输模式的研究
发布时间：2021-07-28 23:36
本文开发并推广了一个基于六流球谐函数展开累加法的短波辐射传输模型（δ-6SDA）,并在此基础上建立了一个适用于遥感正演模拟的快速辐射传输模式。δ-6SDA不仅可以计算辐射通量,还可以计算特定方位角上的辐射强度。在辐射通量计算方面,δ-6SDA与六流离散纵坐标辐射传输模型（δ-6DISORT）具有相似的精度,比四流球谐函数展开累加辐射传输模型（δ-4SDA）和四流离散纵坐标辐射传输模型（δ-4DISORT）精度更高,并且计算效率比δ-6DISORT方法快3个数量级。特定方位角上的辐射强度的计算运用了单次散射截断（TMS）订正的方法。实验结果表明,对于Cloud C1和Henyey-Greenstein两种相函数情况,δ-6SDA计算辐射强度的相对误差分别小于2%和5%,比δ-4DISORT和δ-6DISORT方法都要小。而计算速度比δ-6DISORT快3～4个量级,体现了其在卫星遥感研究中的应用潜力。另外,本文基于δ-6SDA,建立了一个适用于真实大气的快速辐射传输模式,并将其应用于搭载在Himawari-8卫星上的AHI的观测模拟中,并验证其可行性。我们选取天鸽台风和玛利亚台风作为典型...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
勒让德展开系数将式（2.1.4）和（2.1.5）代入（2.1.1）中，利用勒让得函数的正交性，辐射传输方程
南京信息工程大学硕士学位论文142.1.2六流球谐函数展开累加法（δ-6SDA）通过上述求解得到了辐射传输方程的单层解，下面通过累加法[34]，将6SHM的结果拓展到多层，即六流球谐函数展开累加法（6SDA）。累加法的主要原理是四个不变性原理。假设有两层大气，大气层间的辐射传输过程如图2.2所示。图2.2两层大气的辐射传输示意图[34]则两层大气的情况下，四个不变性原理可以表示为辐射传输过程中以下四个变量的表达式始终不变：(,0)=2(,0)1/0+2∫2(,′)(′,0)′′10（2.1.32）(,0)=1(,0)+2∫1(,′)(′,0)′′10（2.1.33）1,2(,0)=1(,0)+2∫1(,′)(′,0)′′10（2.1.34）1,2(,0)=2(,0)1/0+2∫2(,′)(′,0)′′10（2.1.35）式中，(,0)和(,0)是两层大气交界处的无量纲向上和向下的辐射通量。1(,0)和2(,0)分别表示第一层和第二层的反射率，1,2(,0)表示两层大气总的反射率。透过率(,0)的下标与(,0)的下标相似。和紧跟着的上标星号表示辐射来自下方。对于多层的情况，即需要先对两层大气进行计算，得到上述两层大气总的辐射通量及反射率，再将这两层并做一层，与第三层一起进行同样的计算。把大气层分成N层，k层代表其中的任意一层。通过从1层向下计算到k层，第1到k层总的直接入射透射矩阵和底层向上漫射入射的反射矩阵分别为：
南京信息工程大学硕士学位论文16其中，+1、+1和1,分别是矩阵+1(0)、+1(0)和1,(0)的第一元素。由于散射相函数在前向方向有巨大的衍射峰，导致在光学薄层或强吸收时计算结果会不准确。通常应用δ-M方法[45]，将相函数分割成一个前向的δ函数和一个各向同性的均匀相函数，如图2.3所示。图2.3δ-M函数调整示意图将δ-M方法运用于6SDA中，即得到本文所指δ-6SDA方法，相应的光学参数被调整为：=(1)（2.1.46）=(1)1（2.1.47）=1（2.1.48）(,0)=∑()(0)5=0(=1~5)（2.1.49）式中=6。2.1.3方位角平均的辐射强度计算上述δ-6SDA方法可以计算大气层顶的方位角平均的辐射强度，根据式（2.1.4），6(,)可以表示为：6(0,)=0(0)0()+31(0)1()+52(0)2()+73(0)3()+94(0)4()+115(0)5()（2.1.50）
本文编号：3308868
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
勒让德展开系数将式（2.1.4）和（2.1.5）代入（2.1.1）中，利用勒让得函数的正交性，辐射传输方程
南京信息工程大学硕士学位论文142.1.2六流球谐函数展开累加法（δ-6SDA）通过上述求解得到了辐射传输方程的单层解，下面通过累加法[34]，将6SHM的结果拓展到多层，即六流球谐函数展开累加法（6SDA）。累加法的主要原理是四个不变性原理。假设有两层大气，大气层间的辐射传输过程如图2.2所示。图2.2两层大气的辐射传输示意图[34]则两层大气的情况下，四个不变性原理可以表示为辐射传输过程中以下四个变量的表达式始终不变：(,0)=2(,0)1/0+2∫2(,′)(′,0)′′10（2.1.32）(,0)=1(,0)+2∫1(,′)(′,0)′′10（2.1.33）1,2(,0)=1(,0)+2∫1(,′)(′,0)′′10（2.1.34）1,2(,0)=2(,0)1/0+2∫2(,′)(′,0)′′10（2.1.35）式中，(,0)和(,0)是两层大气交界处的无量纲向上和向下的辐射通量。1(,0)和2(,0)分别表示第一层和第二层的反射率，1,2(,0)表示两层大气总的反射率。透过率(,0)的下标与(,0)的下标相似。和紧跟着的上标星号表示辐射来自下方。对于多层的情况，即需要先对两层大气进行计算，得到上述两层大气总的辐射通量及反射率，再将这两层并做一层，与第三层一起进行同样的计算。把大气层分成N层，k层代表其中的任意一层。通过从1层向下计算到k层，第1到k层总的直接入射透射矩阵和底层向上漫射入射的反射矩阵分别为：
南京信息工程大学硕士学位论文16其中，+1、+1和1,分别是矩阵+1(0)、+1(0)和1,(0)的第一元素。由于散射相函数在前向方向有巨大的衍射峰，导致在光学薄层或强吸收时计算结果会不准确。通常应用δ-M方法[45]，将相函数分割成一个前向的δ函数和一个各向同性的均匀相函数，如图2.3所示。图2.3δ-M函数调整示意图将δ-M方法运用于6SDA中，即得到本文所指δ-6SDA方法，相应的光学参数被调整为：=(1)（2.1.46）=(1)1（2.1.47）=1（2.1.48）(,0)=∑()(0)5=0(=1~5)（2.1.49）式中=6。2.1.3方位角平均的辐射强度计算上述δ-6SDA方法可以计算大气层顶的方位角平均的辐射强度，根据式（2.1.4），6(,)可以表示为：6(0,)=0(0)0()+31(0)1()+52(0)2()+73(0)3()+94(0)4()+115(0)5()（2.1.50）
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