第3章 氣象衛(wèi)星遙感大氣的基本原理3

第三節(jié)輻射在大氣中的傳輸與衛(wèi)星接收到的輻射氣象衛(wèi)星接收到的輻射包括：

①地面和云面發(fā)射的紅外輻射

②地面和云面反射的太陽輻射

③大氣各成分發(fā)射的向上的紅外輻射

④地面和云面反射的大氣向下的紅外輻射

⑤大氣對(duì)太陽輻射的散射輻射1、輻射在介質(zhì)中的傳輸

在紅外波段，忽略分子散射輻射。（1）小氣柱吸收的輻射(、T、p)L(z)dA=1dzL(z+dz)圖3-9小氣柱介質(zhì)輻射紅外輻射在大氣中的傳輸dI1因介質(zhì)吸收引起輻射的改變量，k(z)分譜質(zhì)量吸收系數(shù)，(z)吸收介質(zhì)的密度。常稱(z)=k(z)(z)為體積吸收系數(shù)。a(z)=(z)dz為單位厚度薄層的吸收系數(shù)。（2）小氣柱發(fā)射的輻射

dL2因介質(zhì)發(fā)射引起輻射的改變量，j（z）介質(zhì)的質(zhì)量發(fā)射率。在局地地?zé)崃ζ胶鈼l件下j

=kB(T)所以，輻射的總增量為故——一階線性常微分方程。2、平面平行大氣中的輻射傳輸圖3-10平行大氣中輻射傳輸dIzI地面

假定大氣是水平平行均勻分層的，Z為垂直方向，在任意方向I的輻射傳輸方程式中dL（z，）是天頂角為方向上dz氣層引起的輻射改變量。使用氣象上習(xí)慣的P坐標(biāo)，根據(jù)靜力方程Z干空氣密度，g重力加速度，q（p）吸收氣體與干空氣的混合比,z坐標(biāo)p坐標(biāo)

令從p=0到p=p之間空氣層的透過率為：其導(dǎo)數(shù)為將以上二式代入上面一階線性常微分方程，并采用縮寫符號(hào)，得dL+Ld=d(L)=Bd注意和L是、p、的函數(shù)，對(duì)上式從地面P0到任一高度p積分得由于L(P0

,)=SB[T(P0)]，且當(dāng)p0時(shí)(p,)1，故上式可寫成------衛(wèi)星在紅外波段接收地氣系統(tǒng)發(fā)射輻射的表達(dá)式，即紅外輻射在大氣中的傳輸方程RTE。z坐標(biāo)p坐標(biāo)在紅外波段,到達(dá)衛(wèi)星的輻射L()由兩部分組成：（1）地面輻射項(xiàng)：表示從地面發(fā)射、透過大氣層、進(jìn)入衛(wèi)星的輻射。（2）大氣輻射項(xiàng)：表示從地面到大氣頂整層氣體發(fā)出并能進(jìn)入衛(wèi)星的輻射。

權(quán)重函數(shù)定義：()][0pTBslle()),(][00qtelllppTBs3、RTE的物理意義和衛(wèi)星接收到的輻亮度SSMI/Sextendsprofilingcapabilitywellintomesosphere.

Opportunitytoaddressmodelbiasinupperstratosphere權(quán)重函數(shù)概念1、形狀：橫鐘形曲線2、意義：一條曲線與衛(wèi)星觀測(cè)儀器的一個(gè)通道對(duì)應(yīng)。通道中心頻率為f。衛(wèi)星在頻率為f的通道接受的能量來自于其權(quán)重函數(shù)不為零的大氣薄層內(nèi)。權(quán)重函數(shù)最大處對(duì)應(yīng)的高度為薄層的代表高度。3、衛(wèi)星在頻率為f的通道接受到的能量的大小，由該薄層內(nèi)的溫度和某種氣體分子濃度決定。分子種類與頻率f對(duì)應(yīng)，即，這種分子吸收頻率為f的電磁輻射、也發(fā)射頻率為f的電磁輻射。4、權(quán)重函數(shù)半寬度：權(quán)重最大值的一半所定義的寬度，用于衡量權(quán)重函數(shù)寬度（“胖瘦”）的指標(biāo)?；跈?quán)重函數(shù)概念的推論1、如果f僅與O2

或CO2有關(guān)，而大氣中O2或CO2的含量短期固定，則f通道所測(cè)得能量?jī)H與該薄層內(nèi)的溫度有關(guān)，由此可由測(cè)得f處能量計(jì)算對(duì)應(yīng)薄層內(nèi)的大氣溫度。2、如果大氣溫度T已知，則根據(jù)另一通道（記為f1）能量就可確定與f1有關(guān)的分子的含量。例如，6.7微米通道可以用來確定水氣分子濃度。3、選取一系列不同的頻率（即一系列不同的通道），即可測(cè)量不同高度上的溫度和濕度。4、理論上通道個(gè)數(shù)越多越好，但通道個(gè)數(shù)過多會(huì)使權(quán)重函數(shù)重疊，即通道相關(guān)，此時(shí)并不能提供更多有效信息。因此權(quán)重函數(shù)越“瘦”越好。思考題當(dāng)你看到右圖時(shí)，會(huì)想起哪些知識(shí)？二.地面和云面反射的大氣下行紅外輻射T(∞)≈2.9K≈0KI(P0

,

)=Lλ(θ）=(rsλ/π)Bλ(T日)τλ(θ日)*τλ(θs)

ω日cos(θ日)三.地面和云面反射的太陽輻射L（zh）321L（z1）zzhz10圖3-12有云時(shí)的輻射傳輸

假如大氣中有水平均勻的高、低兩層薄云，忽略各云層和地表對(duì)輻射的反射，則到達(dá)大氣頂?shù)妮椛銵λ（）由三部分組成：①高云下面的地表、低云和大氣發(fā)出并透過高云向上的輻射，②高云云層向上發(fā)出的輻射