非局地?zé)崃W(xué)平衡大氣紅外輻射特性研究.pdf

1、隨著紅外光學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,地球大氣背景的紅外光譜輻射特性成為了天基目標(biāo)探測、衛(wèi)星遙感探測等領(lǐng)域的研究熱點。為了研究典型大氣條件下的大氣背景光譜輻射特性,可以通過建立合適的輻射傳輸模型并解算輻射傳輸方程得到。但目前的大氣輻射傳輸模型將整層大氣都視為處于局地?zé)崃W(xué)平衡(LTE)狀態(tài),且一般是基于平面平行大氣理論,這些近似處理方法無論是在大氣實際所處熱力學(xué)狀態(tài)還是大氣的幾何模型上,都與大氣實際情況有很大的差異。因為中高層以上的大氣空氣密度小

2、、壓力低,使得大氣分子之間的碰撞頻度較小,不能通過及時交換能量達到平衡狀態(tài),而且實際大氣是球形的。因此,為了建立更加精確的大氣輻射傳輸模型,有必要研究中高層大氣的非局地?zé)崃W(xué)平衡(NLTE)效應(yīng)對熱輻射傳輸?shù)挠绊憽?br>　　本論文基于大氣輻射傳輸基本理論對紅外輻射在 NLTE大氣中的傳輸特性進行了仿真研究,主要研究工作包括以下幾個方面:
　　1.詳細闡述了大氣組分對紅外輻射的吸收,主要包括H2O分子、CO2分子和O3分子的分子結(jié)

3、構(gòu)和強吸收帶。
　　2.從分子結(jié)構(gòu)出發(fā),研究了大氣分子NLTE輻射機制,推導(dǎo)了大氣分子在典型NLTE情形時的能級布居表達式和源函數(shù)表達式。并給出了振動溫度的表達式,計算并分析了不同條件下分子各能級的振動溫度相對于大氣動力學(xué)溫度的偏離。
　　3.分析了球面大氣條件下輻射傳輸方程的求解方法,并依據(jù)半球累加法計算了典型條件下的大氣NLTE臨邊透過率和輻射亮度,并利用SHARC的計算結(jié)果對本模型進行校驗,說明了本模型的準(zhǔn)確性。并分別

4、計算分析了 H2O分子、CO2分子和O3分子在典型大氣模式下的臨邊透過率和輻射亮度。
　　4.完成了大氣背景NLTE紅外光譜輻射特性仿真軟件的開發(fā)?；贛ATLAB平臺,編寫了大氣 NLTE臨邊紅外光譜輻射計算軟件。通過輸入大氣參數(shù)和幾何條件,運算后輸出大氣分子振動溫度、NLTE臨邊透過率及NLTE輻射亮度的數(shù)據(jù)和圖像。軟件界面友好、功能完備,針對輸入的計算條件可同時計算并輸出大氣的LTE于NLTE輻射亮度,非常方便用于分析大氣的