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A new method for retrieving equivalent cloud base height and equivalent emissivity by using the ground-based Atmospheric Emitted Radiance Interferometer (AERI)

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Science China Earth Sciences 2013年第1期56卷 43-53页

作者： PAN LinJun Lü DaRen Laboratory for Middle Atmosphere and Global Environment Observation (LAGEO) Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Graduate University of Chinese Academy of Sciences

In the paper, we propose a new method of identifying the clear sky based on the Atmospheric Emitted Radiance Interferometer （AERI）. Using the Atmospheric Radiation Measurement （ARM） Mobile Facility （AFM） dataset in Shouxian in 2008, we sim- ulate the downwelling radiances on the surface in the 8-12 μm window region using Line-By-Line Radiative Transfer Model （lblrtm）, and compare the results with the AERI radiances, The differences larger （smaller） than 3 mW （cm2 sr cm-1）-1 suggest a cloudy （clear） sky. Meanwhile, we develop the new algorithms for retrieving the zenith equivalent cloud base height （CBHe） and the equivalent emissivity （ee）, respectively. The retrieval methods are described as follows. （1） An infinitely thin and isothermal blackbody cloud is simulated by the lblrtm. The cloud base height （H） is adjusted iteratively to satisfy the situation that the contribution of the blackbody to the downwelling radiance is equal to that of realistic cloud. The final H is considered as CBHe. The retrieval results indicate that the differences between the CBHe and observational cloud base height （CBH） are much smaller for thick low cloud, and increase with the increasing CBH. （2） An infinitely thin and isothermal gray body cloud is simulated by the lblrtm, with the CBH specified as the observed value. The cloud base emissivity （co） is ad- justed iteratively until the contribution of the gray body to the downwelling radiance is the same as that of realistic cloud. The corresponding εc is εe. The average εe for the low, middle, and high cloud is 0.967, 0.781, and 0.616 for the 50 cases, respec- tively. It decreases with the increasing CBH. The retrieval results will be useful for studying the role of cloud in the radiation budget in the window region and cloud parameterizations in the climate model.

关键词： AERI lblrtm equivalent cloud base height equivalent emissivity

不同版本HITRAN数据库中红外波段上行传输透过率的计算

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红外与激光工程 2013年第7期42卷 1776-1782页

作者：刘丹丹黄印博戴聪明魏合理饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学院大学北京100049

为比较不同版本数据库对透过率计算精度的影响，利用逐线积分辐射传输模式，对比分析了HITRAN 2k,HITRAN 04和HITRAN 08数据库在中红外波段（2-12 μm）、四种初始高度（1、10、15、20 km）上行大气传输分子透过率的差异。结果表明，在... 详细信息

为比较不同版本数据库对透过率计算精度的影响，利用逐线积分辐射传输模式，对比分析了HITRAN 2k,HITRAN 04和HITRAN 08数据库在中红外波段（2-12 μm）、四种初始高度（1、10、15、20 km）上行大气传输分子透过率的差异。结果表明，在4种初始高度上，04版本的平均绝对偏差均比2k版本小，而且在某些波段上对应的绝对偏差均较大：在1cm-1分辨率时，仅考虑C02吸收，04、2k版本对应的最大绝对偏差为0.338（2.696 μm）和0.394（2.749 μm）在0.1cm-1分辨率时，考虑7种分子吸收，04、2k版本对应的最大绝对偏差达到了 0.95（4.191 μm）和0.936（3.568 μm）。在计算中红外波段不同初始高度上行大气传输透过率时，采用旧版本的HITRAN数据库在某些波段会产生相当大的误差。

关键词： lblrtm 大气透过率 HITRAN数据库绝对偏差

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红外大气透过率的计算模式

红外与激光工程 2011年第5期40卷 811-816页

作者：陈秀红魏合理徐青山中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031

建立了一套具有自主知识产权的红外大气透过率模式(IATM),光谱分辨率为1 cm-1,可较快速地计算空间任意两点的红外大气光谱透过率。大气分子吸收计算是采用基于精确的lblrtm逐线积分算法而提出的一种非线性拟合算法,结合了最新的HITRAN2... 详细信息

建立了一套具有自主知识产权的红外大气透过率模式(IATM),光谱分辨率为1 cm-1,可较快速地计算空间任意两点的红外大气光谱透过率。大气分子吸收计算是采用基于精确的lblrtm逐线积分算法而提出的一种非线性拟合算法,结合了最新的HITRAN2004数据库中的分子吸收线参数,除了保留MODTRAN中的几种气溶胶衰减的计算模式外,还增加了一种根据实测尺度谱分布和气溶胶消光高度分布的计算模式,并嵌入了我国典型地区的逐月平均的大气模式。文中对软件作了详细介绍,并验证了计算精度、速度和可靠性。该软件的研制有利于提高我国区域内应用场景红外大气透过率计算的精度,对于红外系统的设计和性能评估也具有参考价值。

关键词：大气透过率红外 lblrtm HITRAN2004 气溶胶尺度谱分布

一种利用地基高光谱干涉仪AERI遥感云底等效高度和等效发射率的方法

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中国科学：地球科学 2012年第3期42卷 447-457页

作者：潘琳珺吕达仁中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 中国科学院研究生院北京100049

基于地基红外干涉仪AERI高光谱辐射观测资料,选用美国能源部大气辐射计划(ARM)与中方合作的ARM流动观测系统(AMF)2008年在寿县的观测资料,利用逐线积分模式lblrtm正演地面接收的大气窗区向下辐射,将数值模拟与实际谱线进行对比.当模拟值... 详细信息

基于地基红外干涉仪AERI高光谱辐射观测资料,选用美国能源部大气辐射计划(ARM)与中方合作的ARM流动观测系统(AMF)2008年在寿县的观测资料,利用逐线积分模式lblrtm正演地面接收的大气窗区向下辐射,将数值模拟与实际谱线进行对比.当模拟值与AERI观测值的差大于3mW(cm2srcm1)1时,判定天空中有云,反之则无云.在此基础上,本文发展了一套反演天顶方向上等效云底高度和等效云底发射率的新方法:1)在模式中将天顶方向上的真实云假设为单层等温黑体云,反演等效云底高度He,使得云底高度为He的黑体云对地面接收的大气窗区向下辐射的贡献与真实云相同.利用寿县的观测资料验证上述方法,结果表明:对于较低、较厚的云层,He与真实云底高度极为接近,随着真实云底高增加,两者差值逐渐增大.2)当利用激光雷达或云雷达获得云底几何高度时,将天顶方向上的真实云在模式中假设为单层等温灰体云,灰体云的云底高度设为观测值,由此反演大气窗区云底向下等效发射率e,使得灰体云与真实云对地面接收到的大气窗区向下辐射贡献相同.检验结果表明:50次模拟求得的低云、中云和高云的平均等效发射率分别为0.967,0.781和0.616;随着云底高度增加,云底等效发射率e减小.这两种反演方法得到的结果有助于研究云在大气窗区对大气辐射收支的影响以及气候模式中云的参数化方案.

关键词： AERI lblrtm 等效云底高度等效云底发射率

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月表地基观测数据大气校正模型比较分析

月表地基观测数据大气校正模型比较分析

作者：孙士超吉林大学

学位级别：硕士

月球是地球唯一的天然卫星,也是距离地球最近的天体,以其特殊的空间环境及巨大的战略价值,在人类深空探索进程中具有极其重要的地位。月表辐射特性稳定,不仅可以作为在轨传感器的天然辐射定标源,还可以在夜晚地基大气定量观测等方面发... 详细信息

月球是地球唯一的天然卫星,也是距离地球最近的天体,以其特殊的空间环境及巨大的战略价值,在人类深空探索进程中具有极其重要的地位。月表辐射特性稳定,不仅可以作为在轨传感器的天然辐射定标源,还可以在夜晚地基大气定量观测等方面发挥重要作用。此外,研究月表的辐射性质还有助于人类认识月球的形成与演化过程。地基月球观测以其特有的优势,正在发挥着越来越重要的作用。但是,由于地表大气的存在,会对地基观测结果产生影响。因此,地基月表观测数据的大气校正就显得尤为重要。在众多的大气校正方法中,辐射传输模型法物理意义明确,校正精度高,在大气辐射传输性质研究、大气参数反演以及遥感图像大气校正等方面发挥了重要作用。本文利用lblrtm和MODTRAN辐射传输模型对大气透过率、大气上行和下行辐射进行模拟,在此基础上对大气的辐射传输性质进行比较分析,总结大气辐射传输规律,探究观测天顶角和观测点高度对大气辐射传输性质的影响。结果表明:lblrtm与MODRAN模型对大气辐射传输性质模拟结果的变化趋势和特征位置一致,但二者在多处位置上存在差异,共同表现为在大气辐射传输性质变化剧烈的位置,二者偏差明显增大;大气的透过率、上行辐射和下行辐射的模拟结果都在不同程度上受到观测天顶角和观测点高度的影响,但大气辐射传输性质的变化趋势和特征位置并不会因此而发生改变。利用HIS高光谱成像仪和TEL-1000 LW红外热像仪开展地基月表观测实验。在实验进行前利用STK软件仿真计算出月球的方位角和天顶角,实验过程中使用移动气象台站对天气条件进行监测。实验结束后,对HIS高光谱成像仪数据进行辐射定标处理得到月表中心位置的反射光谱数据,对红外热像仪观测的视频文件进行逐帧分解得到不同时刻的月表亮温数据。在大气辐射传输性质研究的基础上,利用lblrtm和MODTRAN辐射传输模型对地基观测反射光谱数据和热红外亮温数据进行大气校正,并选取Chandrayaan-1卫星M3月表反射光谱数据和Racca月表温度模型计算的亮温结果对月表地基观测数据的大气校正结果进行验证。通过比较分析得出,经过lblrtm和MODTRAN模型校正后的地基观测月表反射光谱数据整体变化趋势与M3数据一致,与M3数据的相对偏差分别为10.76%和20.51%,lblrtm的校正结果精度更高;lblrtm月表亮温校正结果在330-380K之间,MODTRAN月表亮温校正结果在320-360K之间,二者校正结果均与Racca月表温度模型计算结果相近,相对偏差在11%以下。lblrtm和MODTRAN模型能够很好地完成月表地基观测数据的大气校正,lblrtm校正结果更优。

关键词：月表地基观测大气校正 lblrtm MODTRAN 反射光谱亮温

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大气CO_2反演方法影响因子分析

大气与环境光学学报 2014年第6期9卷 448-456页

作者：刘启明麻金继王先华江新华安徽师范大学国土资源与旅游学院安徽芜湖241003 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

如果卫星遥感反演大气CO_2精度要求达到1%,则可以通过全球连续高精度观测弥补地面观测的不足。在实际反演中,反演精度不仅受到卷云和气溶胶的影响,还受到其它诸多因素(地表温度,地表压力,地表反照率,大气湿度等)的影响。讨论分析了这些... 详细信息

如果卫星遥感反演大气CO_2精度要求达到1%,则可以通过全球连续高精度观测弥补地面观测的不足。在实际反演中,反演精度不仅受到卷云和气溶胶的影响,还受到其它诸多因素(地表温度,地表压力,地表反照率,大气湿度等)的影响。讨论分析了这些因子的影响:在以US1976美国标准大气为背景、观测高度是100 km条件下,运用最优非线性反演算法,使用逐线积分辐射传输模型lblrtm模拟计算,模拟分析出地表温度、地表压力、地表反射率、大气湿度各增加1%和减小1%的情况下,对CO_2反演结果的影响,以及各典型气溶胶对反演结果的影响。结果显示:海洋型、沙漠型、城市型、乡村型四种典型气溶胶对CO_2反演结果的影响都比较大,影响最大的为海洋型气溶胶,能见度为5 km,影响百分比相对于CO_2初始值(380 ppm)降低了27.18%,影响最小的为乡村型气溶胶,能见度为23km,影响百分比相对于CO_2初始值(380 ppm)减小了7.78%;地表反射率、地表温度、地表压力对CO_2反演结果也有很大的影响,而大气湿度对反演结果的影响很小,基本可忽略不计。

关键词： CO2 lblrtm 影响因子反演方法

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星载大气探测激光雷达观测信号模拟仿真研究

星载大气探测激光雷达观测信号模拟仿真研究