大气吸收辐射快速计算方案研究及遥感应用

论文摘要

气体辐射吸收过程中,有两个因素会影响计算的精度。第一个因素是用于快速辐射模式中的气体吸收计算方案存在误差,另一个因素是用于计算吸收系数的光谱数据库中谱线数据的不确定度。本文将分段排序相关K分布方案（AMCKD）扩展到卫星遥感领域,提升了卫星快速辐射计算的精度。本文将AMCKD应用于Himawari-8上的Advanced Himawari Imager成像仪（AHI）和风云-3D上的Medium Resolution Spectral Imager成像仪（MERSI）,用于模拟晴空条件下的大气顶部反射率和亮温,并通过比较逐线积分与AMCKD模拟结果来量化AMCKD的准确性。对于所有短波通道,大气顶部反射率的相对误差小于0.7%。并且不同的标准大气廓线以及不同卫星天顶角,长波通道的亮温的绝对误差小于0.4K。此外,基于AMCKD模拟的晴空大气亮温与实际观测的AHI和MERSI观测结果高度一致,这有力地证实了AMCKD在遥感应用中的优异性能。最常用的光谱数据库是高分辨率HITRAN数据库,而HITRAN数据库近期进行了一次更新,因此有必要分析使用不同版本的数据库对辐射计算的影响。本文使用逐线积分辐射传输模式（LBLRTM）,计算了在四种标准大气廓线下,基于HITRAN08,HITRAN12和HITRAN16三个版本分子光谱数据库的辐射通量和冷却率。基于不同分子光谱数据库的冷却率的差异主要是由H2O和CO2的光谱参数的变化引起的。HITRAN08和HITRAN16之间大气顶部向上通量的最大差异为0.6587 W m-2,而HITRAN12和HITRAN16之间的最大差异仅为0.0406 W m-2,远小于HITRAN08和HITRAN16之间的差异。此外,地表向下通量和冷却率也具有类似的特征。在气候模式中,辐射通量和冷却率的差异小于快速辐射传输方案本身的误差,因此可以忽略其影响。而在高光谱卫星遥感中,FY-3D高光谱红外大气探测仪（HIRAS）等高光谱测量通道的模拟亮温的最大差异可与噪声等效温差相当。因此,有必要使用更新的HITRAN分子光谱数据库来减小高光谱卫星遥感应用中的误差。

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摘要

Abstract

第一章引言

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 气体吸收模型

1.2.2 光谱分子数据库的影响

1.3 本文研究方法与特色

1.3.1 气体吸收方案

1.3.2 数据库研究

第二章资料说明及相关理论

2.1 资料说明及基本公式

2.1.1 资料说明

2.1.2 分子吸收系数

2.1.3 水汽连续吸收系数

2.1.4 透射率与冷却率

2.2 逐线积分方案

2.3 K分布及相关K分布方案

2.3.1 K分布方案

2.3.2 相关K分布方案

2.3.3 数值计算方法

2.4 重叠吸收带处理方法

2.4.1 完全不相关法

2.4.2 完全相关法

2.4.3 部分相关法

2.4.4 多气体比例叠加法

2.4.5 弱气体近似

2.4.6 分段排序法

第三章 CKD方案的应用

3.1 AMCKD方案的应用

3.2 AMCKD方案精度评估

3.2.1 葵花-8 AHI通道

3.2.2 风云-3D MERSI通道

3.3 小节与讨论

第四章不同版本HITRAN数据库对辐射传输模拟的影响

4.1 辐射通量及冷却率

4.2 卫星遥感

4.2.1 亮温与权重函数

4.2.2 风云3D HIRAS通道

4.3 小结和讨论

第五章总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱明伟

导师: 张峰,李江南

关键词: 逐线积分,气候模式,冷却率,卫星遥感,反射率,亮温

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京信息工程大学

基金: 国家重点研发计划“多尺度全球大气数值模式物理过程和资料同化系统研究”第二课题(2018YFC1507002),国家自然科学基金面上项目“适用于云微物理特性连续变化的辐射传输新理论研究及其在气候模式模拟中的应用”(41675003)

分类号: P407

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000602

总页数: 63

文件大小: 4144K

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