临近空间大气背景辐射特性研究
发布时间：2021-07-27 11:05
大气背景辐射特性对先进光电工程应用以及地球和空间科学研究具有重要意义。临近空间大气不仅受到大气对流层活动的影响,还受到太阳辐射、宇宙射线等外部环境的影响。本文开展了特殊天气下大气辐射特性的地基观测,利用卫星遥感数据分析了大气背景辐射的基本变化特征和高空大气扰动下的时空分布状态,为深入研究临近空间环境辐射形成机理及其变化特性提供了重要的科学基础。主要研究工作和创新性成果如下:利用光纤光谱仪在2018年暴雪天气条件下进行了 0.4-1.1μm天空背景辐射的地基测量,获得了整个降雪过程下的天空背景光谱辐射的基本变化特性,在雪后晴朗天气下的暮曙时分,观测到可见光谱段的短波天空背景辐射低于长波背景辐射值,而其他时刻短波天空背景辐射都高于长波波段的数值。利用SABER探测的临边大气红外辐射数据采用微扰方法分析了 2012/2013年平流层顶爆发性增温下的大气扰动情况。发现相比于大气温度数据,采用临边长波红外辐射数据可更精细地揭示大气扰动。2013年1月到3月平流层爆发性增温事件中,40km处大气温度扰动最大幅度值为21%,而大气辐射扰动最大幅度达到160%。2012年弱平流层增温效应发生时,温度扰...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．?１光学路径??Ｆｉｇ?２．１?ｏｐｔｉｃａｌ?ｐａｔｈ??从上式可以看出，对于点Ｐ（Ｓ）在Ｓ方向上的辐射可由两部分组成：一部分为??被边界点与参考点Ｐ（Ｓ）之间的介质所吸收的边界辐射４〇＾，５）；另一部分为传输??
?第二章大气辐射传输基本原理及数据源介绍???理之后通过ＵＳＢ传输到计算机，数据的采集以及后续处理以及保存都在Ｌａｂｖｉｅｗ??程序内进行＃］。??〔，?—＞?ｃｏｍｐｕｔｅｒ???￥?＾ｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｉｊｊ?＾??ｔｈｅ?ｐｒｏｂｅ?＾Ｊ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ??图２．?３天空背景辐射测量简图??Ｆｉｇ２．３?ｓｋｙ?ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｄｉａｇｒａｍ??测量的天空背景辐射值稳定性较好，测量误差不超过１％排除了温度对探测??值的干扰，提高了探测的准确性，进而排除了在做外场实验或者其他观测实验时??温度对光谱仪的干扰。??２．２．２?ＴＩＭＥＤ／ＳＡＢＥＲ简介及数据描述??发射于２００１年７月的ＴＩＭＥＤ卫星，其目的是研宄太阳和人类对地球大气??的中间层和低热层?／?电离层（Ｍｅｓｏｓｐｈｅｒｅ?ａｎｄ?Ｌｏｗｅｒ?Ｔｈｅｒｍｏｓｐｈｅｒｅ／Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ，??ＭＬＴＩ）的影响，而这一区域范围也是目前人们对它探测和认识最少的区域ｔ２］。??ＴＩＭＥＤ所研究的高度范围为６０－１８０ｋｍ之间，这一范围也称之为ＭＬＴＩ区域，它??包括了散逸层和低热成层／电离层空气区域。这一高度范围也是连接地球和外围??空间区域的一个范围，这一区域既会受到太阳活动的影响也会受到来自底层大气??的影响。由于ＭＬＴＩ区域的特殊性加上目前的探测技术有限，这一区域还没有被??人们进行比较全面的探索。地基探测器或者火箭激光雷达只能对ＭＬＴＩ区域进行??特定范围或者特定轨道的探测，其他卫星也只是对ＭＬＴＩ进行部分研宄。而美国??约翰斯霍普金斯大学应用物理
?第二章大气辐射传输基本原理及数据源介绍???度都非常高，如图２．４所示。??图２．?４?ＴＩＭＥＤ卫星携带的仪器：全球紫外线成像仪（ＧＵＶＩ）；宽带辐射计（ＳＡＢＥＲ）；太阳??远紫外辐射仪（ＳＥＥ）?；?ＴＩＭＥＤ多普勒干涉仪（ＴＩＤＩ）??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ?ｃａｒｒｉｅｄ?ｂｙ?ＴＩＭＥＤ?ｓａｔｅｌｌｉｔｅ：?Ｇｌｏｂａｌ?ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?ｉｍａｇｅｒ?（ＧＵＶＩ）；?ｂｒｏａｄｂａｎｄ??ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ?（ＳＡＢＥＲ）；?ｓｏｌａｒ?ｆａｒ?ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ?（ＳＥＥ）；?ｔｉｍｅｄ?Ｄｏｐｐｌｅｒ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ?（ＴＩＤＩ）??而搭载在ＴＩＭＥＤ卫星上的ＳＡＢＥＲ探测器，是多通道红外辐射探测计，用??于探测在一个较高的高度和较宽泛光谱波段的热辐射，且都得到了多年连续的中??高层相关大气参数信息。ＳＡＢＥＲ的主要科学目标是探索ＭＬＴＩ范围以确定其能??量平衡；大气结构（温度、密度和气压随高度如何变化）；化学（氧族和氢族的??重要气体变化）；在大气区域内（不同高度，从两极到赤道，东西向）大气运动??或大气动力学另外它精确测量了全球温度的空间分布特征以及辐射的冷却率??和加热率。??ＴＩＭＥＤ卫星运行轨道为６２５ｋｍ，倾斜角是７４．１°?，运行周期时间为１．６ｈ。??ＳＡＢＥＲ探测器每５８秒扫描地球大气一次，获得自地表至１８０ｋｍ高度范围的大??气参数信息，比如气体成分含量（Ｃ０２、Ｈ２０、０３、ＮＯ等）、气温、压强以及??一些辐射量的信息。在一次运行周期内，ＳＡＢＥＲ探测器会从一个半球型的极区??到另一半球的高纬度地区，一
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内典型天文台站大气红外背景辐射实测分析[J]. 张芳,陈双远,齐琳琳,韩成鸣,曾丽,许方宇. 红外与激光工程. 2019(12)
[2]1948—2015年北半球平流层爆发性增温的统计特征和月际环流差异[J]. 王华曌,饶建,生宸,王博. 大气科学学报. 2019(06)
[3]虚拟试验中临近空间大气环境仿真技术研究[J]. 许永辉,成行,程博,孙丽. 测控技术. 2019(02)
[4]卫星高光谱大气CO2探测精度验证研究进展[J]. 张兴赢,孟晓阳,周敏强,白文广,周丽花,胡玥明,余骁. 气候变化研究进展. 2018(06)
[5]平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题[J]. 黄荣辉,陈文,魏科,王林,皇甫静亮. 大气科学. 2018(03)
[6]TIMED/SABER与AURA/MLS临近空间探测温度数据比较[J]. 谢衍新,肖存英,胡雄,吴小成,杨钧烽. 空间科学学报. 2018(03)
[7]平流层爆发性增温事件中大气准16日行星波[J]. 朱露,姜国英,徐寄遥,陈金松,胡连欢,宁百齐. 空间科学学报. 2017(04)
[8]临近空间大气温度和密度特性分析[J]. 韩丁,盛夏,尹珊建,孙永刚. 遥感信息. 2017(03)
[9]临近空间38°N大气密度特性及建模技术[J]. 肖存英,胡雄,杨钧烽,闫召爱,刘涛,程旋. 北京航空航天大学学报. 2017(09)
[10]利用MODIS近红外数据反演大气水汽含量研究[J]. 张天龙,韦晶,甘敬民,朱倩倩,杨东旭. 光谱学与光谱分析. 2016(08)
博士论文
[1]基于掩星模式的临近空间大气温压廓线的星间差分吸收激光探测方法研究[D]. 游峰.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2018
[2]地基激光雷达对临近空间大气的探测研究[D]. 邓潘.中国科学技术大学 2018
[3]高空大气多参数时空分布特性研究[D]. 唐超礼.中国科学技术大学 2018
[4]中高层大气红外辐射特性数值模拟研究及其应用[D]. 刘栋.中国科学技术大学 2018
[5]临近空间大气环境探测资料分析研究[D]. 范志强.国防科技大学 2018
[6]基于卫星观测的临近空间大气变分数据同化研究[D]. 谢衍新.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[7]平流层爆发性增温期间大气波动及海水表面温度变化的研究[D]. 贾越.武汉大学 2016
[8]全球重力波活动的SABER/TIMED观测研究[D]. 帅晶.武汉大学 2013
[9]深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D]. 徐睿.中国科学技术大学 2013
[10]临近空间大气动力学特性研究[D]. 肖存英.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2009
硕士论文
[1]基于火箭探空的临近空间大气风场、温度场分析及湍流层顶的研究[D]. 李金武.国防科技大学 2017
[2]全天空背景光谱辐射特性研究[D]. 孙凤萤.中国科学技术大学 2016
[3]北半球平流层爆发性增温与臭氧变化之间的关系[D]. 陈彩霞.云南大学 2016
[4]临边大气辐射特性研究[D]. 辛琪.哈尔滨工业大学 2014
[5]地球及临边背景红外辐射特性研究[D]. 张中健.南京航空航天大学 2014
[6]目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统的研究[D]. 刘则洵.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]天空背景辐射参数测量系统设计与实验研究[D]. 刘伟峰.国防科学技术大学 2010
本文编号：3305660
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．?１光学路径??Ｆｉｇ?２．１?ｏｐｔｉｃａｌ?ｐａｔｈ??从上式可以看出，对于点Ｐ（Ｓ）在Ｓ方向上的辐射可由两部分组成：一部分为??被边界点与参考点Ｐ（Ｓ）之间的介质所吸收的边界辐射４〇＾，５）；另一部分为传输??
?第二章大气辐射传输基本原理及数据源介绍???理之后通过ＵＳＢ传输到计算机，数据的采集以及后续处理以及保存都在Ｌａｂｖｉｅｗ??程序内进行＃］。??〔，?—＞?ｃｏｍｐｕｔｅｒ???￥?＾ｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｉｊｊ?＾??ｔｈｅ?ｐｒｏｂｅ?＾Ｊ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ??图２．?３天空背景辐射测量简图??Ｆｉｇ２．３?ｓｋｙ?ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｄｉａｇｒａｍ??测量的天空背景辐射值稳定性较好，测量误差不超过１％排除了温度对探测??值的干扰，提高了探测的准确性，进而排除了在做外场实验或者其他观测实验时??温度对光谱仪的干扰。??２．２．２?ＴＩＭＥＤ／ＳＡＢＥＲ简介及数据描述??发射于２００１年７月的ＴＩＭＥＤ卫星，其目的是研宄太阳和人类对地球大气??的中间层和低热层?／?电离层（Ｍｅｓｏｓｐｈｅｒｅ?ａｎｄ?Ｌｏｗｅｒ?Ｔｈｅｒｍｏｓｐｈｅｒｅ／Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ，??ＭＬＴＩ）的影响，而这一区域范围也是目前人们对它探测和认识最少的区域ｔ２］。??ＴＩＭＥＤ所研究的高度范围为６０－１８０ｋｍ之间，这一范围也称之为ＭＬＴＩ区域，它??包括了散逸层和低热成层／电离层空气区域。这一高度范围也是连接地球和外围??空间区域的一个范围，这一区域既会受到太阳活动的影响也会受到来自底层大气??的影响。由于ＭＬＴＩ区域的特殊性加上目前的探测技术有限，这一区域还没有被??人们进行比较全面的探索。地基探测器或者火箭激光雷达只能对ＭＬＴＩ区域进行??特定范围或者特定轨道的探测，其他卫星也只是对ＭＬＴＩ进行部分研宄。而美国??约翰斯霍普金斯大学应用物理
?第二章大气辐射传输基本原理及数据源介绍???度都非常高，如图２．４所示。??图２．?４?ＴＩＭＥＤ卫星携带的仪器：全球紫外线成像仪（ＧＵＶＩ）；宽带辐射计（ＳＡＢＥＲ）；太阳??远紫外辐射仪（ＳＥＥ）?；?ＴＩＭＥＤ多普勒干涉仪（ＴＩＤＩ）??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ?ｃａｒｒｉｅｄ?ｂｙ?ＴＩＭＥＤ?ｓａｔｅｌｌｉｔｅ：?Ｇｌｏｂａｌ?ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?ｉｍａｇｅｒ?（ＧＵＶＩ）；?ｂｒｏａｄｂａｎｄ??ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ?（ＳＡＢＥＲ）；?ｓｏｌａｒ?ｆａｒ?ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ?（ＳＥＥ）；?ｔｉｍｅｄ?Ｄｏｐｐｌｅｒ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ?（ＴＩＤＩ）??而搭载在ＴＩＭＥＤ卫星上的ＳＡＢＥＲ探测器，是多通道红外辐射探测计，用??于探测在一个较高的高度和较宽泛光谱波段的热辐射，且都得到了多年连续的中??高层相关大气参数信息。ＳＡＢＥＲ的主要科学目标是探索ＭＬＴＩ范围以确定其能??量平衡；大气结构（温度、密度和气压随高度如何变化）；化学（氧族和氢族的??重要气体变化）；在大气区域内（不同高度，从两极到赤道，东西向）大气运动??或大气动力学另外它精确测量了全球温度的空间分布特征以及辐射的冷却率??和加热率。??ＴＩＭＥＤ卫星运行轨道为６２５ｋｍ，倾斜角是７４．１°?，运行周期时间为１．６ｈ。??ＳＡＢＥＲ探测器每５８秒扫描地球大气一次，获得自地表至１８０ｋｍ高度范围的大??气参数信息，比如气体成分含量（Ｃ０２、Ｈ２０、０３、ＮＯ等）、气温、压强以及??一些辐射量的信息。在一次运行周期内，ＳＡＢＥＲ探测器会从一个半球型的极区??到另一半球的高纬度地区，一
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内典型天文台站大气红外背景辐射实测分析[J]. 张芳,陈双远,齐琳琳,韩成鸣,曾丽,许方宇. 红外与激光工程. 2019(12)
[2]1948—2015年北半球平流层爆发性增温的统计特征和月际环流差异[J]. 王华曌,饶建,生宸,王博. 大气科学学报. 2019(06)
[3]虚拟试验中临近空间大气环境仿真技术研究[J]. 许永辉,成行,程博,孙丽. 测控技术. 2019(02)
[4]卫星高光谱大气CO2探测精度验证研究进展[J]. 张兴赢,孟晓阳,周敏强,白文广,周丽花,胡玥明,余骁. 气候变化研究进展. 2018(06)
[5]平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题[J]. 黄荣辉,陈文,魏科,王林,皇甫静亮. 大气科学. 2018(03)
[6]TIMED/SABER与AURA/MLS临近空间探测温度数据比较[J]. 谢衍新,肖存英,胡雄,吴小成,杨钧烽. 空间科学学报. 2018(03)
[7]平流层爆发性增温事件中大气准16日行星波[J]. 朱露,姜国英,徐寄遥,陈金松,胡连欢,宁百齐. 空间科学学报. 2017(04)
[8]临近空间大气温度和密度特性分析[J]. 韩丁,盛夏,尹珊建,孙永刚. 遥感信息. 2017(03)
[9]临近空间38°N大气密度特性及建模技术[J]. 肖存英,胡雄,杨钧烽,闫召爱,刘涛,程旋. 北京航空航天大学学报. 2017(09)
[10]利用MODIS近红外数据反演大气水汽含量研究[J]. 张天龙,韦晶,甘敬民,朱倩倩,杨东旭. 光谱学与光谱分析. 2016(08)
博士论文
[1]基于掩星模式的临近空间大气温压廓线的星间差分吸收激光探测方法研究[D]. 游峰.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2018
[2]地基激光雷达对临近空间大气的探测研究[D]. 邓潘.中国科学技术大学 2018
[3]高空大气多参数时空分布特性研究[D]. 唐超礼.中国科学技术大学 2018
[4]中高层大气红外辐射特性数值模拟研究及其应用[D]. 刘栋.中国科学技术大学 2018
[5]临近空间大气环境探测资料分析研究[D]. 范志强.国防科技大学 2018
[6]基于卫星观测的临近空间大气变分数据同化研究[D]. 谢衍新.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[7]平流层爆发性增温期间大气波动及海水表面温度变化的研究[D]. 贾越.武汉大学 2016
[8]全球重力波活动的SABER/TIMED观测研究[D]. 帅晶.武汉大学 2013
[9]深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D]. 徐睿.中国科学技术大学 2013
[10]临近空间大气动力学特性研究[D]. 肖存英.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2009
硕士论文
[1]基于火箭探空的临近空间大气风场、温度场分析及湍流层顶的研究[D]. 李金武.国防科技大学 2017
[2]全天空背景光谱辐射特性研究[D]. 孙凤萤.中国科学技术大学 2016
[3]北半球平流层爆发性增温与臭氧变化之间的关系[D]. 陈彩霞.云南大学 2016
[4]临边大气辐射特性研究[D]. 辛琪.哈尔滨工业大学 2014
[5]地球及临边背景红外辐射特性研究[D]. 张中健.南京航空航天大学 2014
[6]目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统的研究[D]. 刘则洵.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]天空背景辐射参数测量系统设计与实验研究[D]. 刘伟峰.国防科学技术大学 2010
本文编号：3305660
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