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大气模型

  太阳向地球大气及地表发射电磁波中 99%以上的能量处于波长小于 4 微米的区域,称为短波辐射或者太阳辐射。地球大气与地面的温度一般处于 180 K-330 K 范围内,发射的热辐射能量 99%以上,处于波长大于 4 微米的区域,称为长波辐射。长短波辐射在大气中传播时与大气及地面互相作用,产生吸收、散射与发射。各处地面与大气的辐射热收支不平衡使地面和空气的温度发生变化,各地温度变化不同,形成热源与冷源,推动大气的运动和变化。
  近几十年来,遥感探测研究的发展提出了进一步发展大气辐射模式的需要。大气辐射传输方程广泛应用于对地观测卫星的大气参数反演、辐射强迫计算、大气订正等问题。在实际的应用中,由于对精度和计算速度的不同需求,这些辐射传输模式对电磁波的散射、吸收、吸收过程采用不同的近似方法。因此大气辐射传输模型分为中低分辨率和高分辨率两类。

中低分辨率大气辐射传输模型

大气辐射传输一般三个步骤包括利用高光谱数据集计算气体的吸收系数、计算不同波段瑞丽散射、云、气溶胶和气体的光学性质、累加不同波段各层大气的辐射通量得到整层大气的辐射通量。为了快速精确的得到计算结果。前人在这些步骤中引入特定的近似方法,比如在计算气体吸收中有K分布、带模式等近似方法。例如,6S模型采用了吸收线的随机指数分布统计模式,这对于宽带传感器是一种很好的近似。在进行各层大气辐射通量累加的过程中,有离散纵坐标法、球谐函数法、倍加累加、蒙特卡洛等近似方法。MODTRAN和1DMWRTM模型都利用二流近似模型(离散纵坐标法)来考虑多次散射的影响,而RT3模型则利用倍加累加的方法进行辐射矢量的计算。RTTOV模型利用预先计算的查找表进行快速计算。

高分辨率大气辐射传输模型

逐线积分是目前被认为“最精确”的波数积分方法。对于不同高度的大气而言,由于展宽效应不得不考虑不同气体成分吸收线的垂直廓线。红外的大气辐射传输方程由于计算方法不同,可以分为:精确逐线积分模型、预算查找表模型和回归模型。LBLRTM(精确逐线积分),顾名思义提供逐线积分的分子吸收率波谱,并且在各个压力层都采用Voigt(洛仑兹和多普勒展宽综合考虑的线型)线型,达到最精确的计算效果。预算查找表和回归模型又被称为快速模型,通过查找表和一系列因子的回归系数来快速模拟分子的吸收光谱。

中低分辨率大气辐射传输模型 - 典型模型
  1. 6S
  2. MODTRAN
  3. RT3
  4. 1DMWRTM
  5. CRTM
  6. RTTOV
高分辨率大气辐射传输模型 - 典型模型
  1. 逐线积分模型
  2. ARTS