风云三号(A)气象卫星红外分光计大气透射率计算试验

利用GENLN2逐线光谱透射率数据库和RTTOV7快速辐射传输模式,计算了风云三号A星(FY-3A)红外分光计(IRSR)的快速透射率系数,在此基础上计算了IRSR的通道大气透射率和权重函数.结果表明IRSR大多数通道权重函数分布曲线与HIRS/3相应通道趋于一致,通道能量贡献峰值高度(气压层)与设计要求基本符合.

红外辐射大气透射率求解模型的建立与分析

红外辐射大气透射率对目标辐射的测量精度影响很大。分析了红外辐射在大气中的传输衰减,建立了红外辐射大气透射率的求解模型。利用编制的红外辐射大气透射率计算程序研究了特定辐射路径下的大气透射率在一日内的变化情况,对不同气象条件和辐射路径下的大气透射率进行了计算,研究了大气温度、相对湿度、路径起始高度、辐射路程、天顶角对大气透射率的影响,并对计算结果进行了分析。计算结果对精确计算红外辐射大气透射率和研究气象条件、路径几何参数对红外辐射大气透射率的影响具有一定的指导意义。

红外成像实时仿真中大气透射率的计算与分析

考虑到当前国内外红外成像实时仿真中大气透射率计算方法的一些不足,本文根据透射率计算的实时性和准确性的要求,提出了一种用以计算红外成像实时仿真中大气透射率的新的计算方法,并用Visual C++6．0对算法进行了仿真实现;通过不同条件下大气透射率计算的红外仿真及试验评估,证明该算法具有很好的可行性。

基于实地大气模式改进的大气透射率反演方法

在对地表温度（land surface temperature,LST）进行反演时,通常由于缺乏详细大气剖面数据使得大气透射率难以获取。基于实地大气模式,借助近地面气温、相对湿度和大气压3个基本参量,改进了大气透射率反演方法;在大气水分含量超出0.4~3.0 g·cm-2的极端情况下,建立了相应的大气透射率估计方程;并在此基础上,对全国范围大气透射率的变化进行了监测。研究结果表明,在大气水分含量较低的情况下,该方法精度较高,其相对误差在1.33%~4.07%之间,仅会对LST产生0.2℃~0.6℃的反演误差,比改进前的反演精度提高了25%~71%。

基于6S模型的大气透射率改进算法

6S模型在遥感应用、气候研究等方面具有较高的应用价值。为了解决6S模型中大气透射率计算精度较差的问题,利用最小二乘法,结合温度与气压对6S大气透射率计算法进行改进。实验表明,改进模型不但能提升大气透射率计算精度和稳定性,而且适用于不同大气模式。

低纬度地区红外波段大气透射率研究

低纬度地区、相对湿度较大的大气影响了机载红外搜索跟踪(IRST)系统的作用距离。针对此问题,根据低纬度地区近几年的大气资料,从理论上分析了影响大气透射率的主要因素,重点建立了大气透射率数学模型,修正了高度和斜程对大气透射率的影响;通过MatLab软件分别仿真分析了不同季节、不同天气、不同俯仰角以及不同路程和高度时3~5μm波段的大气透射率,与大气透射率计算软件(LOWTRAN7)的仿真结果相比,其误差约为5%,验证了模型的实效性,从而为指导实际作战使用IRST系统提供了理论依据。

海面大气红外透射率测量系统分析

论述了海面大气红外透射率的测量原理,说明了测量系统的组成、系统组成原理及使用方法,分析了测量系统的主要技术指标,对红外信号源的辐射温度和控温精度进行了估算。

城市地表辐射能量在大气窗口区的透射研究

针对城市热环境的调控中的瓶颈问题,本文提出了对城市地表红外辐射能量在大气窗口区8～14μm的透射性能进行分析的思路。在城市地表红外发射能量和大气窗口区透射率分析的理论分析基础上对6种典型城市地表材质的透射能量进行了量化分析。结果显示不同材质在大气窗口区的透射能量存在较大的差异性,这为城市热环境调控提供了新的思路,也为夏季空调能耗与城市热环境之间的耦合矛盾关系提供了解耦的可能性。

激光大气传输透过率的分析

光电对抗中，激光的大气传输透过率的计算是人们非常关注的一个重要问题，它对探测／干扰激光器发射功率的确定有着直接的关系。本文就此问题进行了理论分析，并给出计算方法。

一个改进的理想大气太阳辐射计算模型

文章选取多个国外应用广泛、得到公认并且其主要的大气消减过程都有单独的透射率公式的宽广谱太阳辐射机理模型,在理想大气下将各模型的透射率(T_R、T_O、T_(UM))以及直接辐射、散射辐射与精确的谱模型SMARTS逐一进行严格的比较、评述。在此基础上选取模型精确度较高的METSTAT模型,对模型中的相对光学质量、臭氧吸收透射率、均一混合气体吸收透射率等存在的缺陷和不足进行逐一修正,获得一个改进的理想大气太阳辐射模型METSTAT_M。经过严格的比较,METSTAT_M模型优于其他模型。

单窗算法的大气参数估计方法

根据地表热辐射传导方程,提出了一个简单可行且精度较高的专门用于从TM6数据中演算地表温度的方法———单窗算法。这一算法把大气和地表状态对地表热传导的影响直接包括在演算公式中。该方法需要两个大气参数进行地表温度的演算,即大气平均作用温度和大气透射率。本文论述这两个大气参数的估计方法:根据大气水分含量或地表附近空气湿度来估计大气透射率;通过分析标准大气剖面资料,尤其是大气水分和气温随高程的变化规律,根据地表温度推算大气平均作用温度。

绿洲边缘内外大气中水汽影响辐射传输分析

水汽是大气中影响辐射传输的重要因子之一，实验观测表明在绿洲边缘内外近地层大气中水汽含量存在一定的差异，因此绿洲边缘内外大气中辐射传输特性也不同．本文遇过应用MODTRAN辐射模式和“干旱环境综合研究计划95”（简称AECMP95）野外实验近地面观测资料，分析了局地大气中水汽对达到地面辐射通量密度或辐射率、透射率的影响，并与地面观测结果进行了比较，同时对绿洲边缘内外太阳辐射近红外1．55～1．7μm带和大气窗区10．2～12．0μm带大气透射率、辐射率及其随高度的变化进行了计算分析。

非制冷红外热成像测温关键技术研究

非制冷红外热成像测温过程受环境温度、测温距离和大气湿度等诸多因素影响,因此在复杂环境中实现高精度测温颇具挑战。为了满足复杂环境中精确测温的需求,分析并研究了非制冷红外热成像测温误差的主要影响因素和关键补偿技术。首先,针对非制冷红外探测器输出辐射温度易受环境影响的问题,设计了基于粒子群算法优化反向传播神经网络的非制冷红外探测器辐射温度预测算法,实现了不同工作温度下辐射温度的精确预测;其次,针对测温过程中的红外辐射大气衰减现象,设计了基于大气传输软件的近地红外辐射大气透射率计算方法,实现了大气透射率的准确、快速、便捷计算;最后,整合关键误差补偿技术形成了完整的非制冷红外热成像测温方法,并实验验证了以上关键技术对于提高红外测温精度和环境适应性的有效性。

复杂地形区晴空太阳辐射模型构建与应用

以昆仑山提孜那甫河流域为研究区,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)提供的大气数据基于Iqbal Model C模型估算晴空大气透射率空间分布,并引入地形开阔度(SVF)和遥感地表反照率数据分别用于估算散射辐射地形阻挡以及反射辐射反照率系数空间分布,最后结合Kumar模型的直接辐射地形阻挡模拟过程,实现对Kumar模型的改进,改进后模型综合考虑了大气以及地形对太阳辐射的影响。利用改进后模型对研究区地表太阳辐射时空分布进行模拟和分析,基于地面气象站点观测数据对模拟结果进行验证。结果表明:模型估算值与站点观测值存在很好的一致性,相关系数R^(2)为0.96,平均绝对误差(MAE)为1.47 MJ/m^(2),平均绝对相对误差(MARE)为12.26%。春季、夏季以及秋季模型的模拟精度较高,冬季模型的模拟精度较低,可能的原因为冬季MODIS大气数据有所低估。

基于大气红外特征的作用距离建模与计算

红外探测装置是光电系统的重要组成部分。目标红外辐射在经过大气时与大气中的成分相互作用影响,从而导致目标红外辐射的衰减,影响了如红外探测系统、热成像系统的性能。通过研究大气环境对红外探测装置作用距离的影响,根据已有理论依据构建出大气系统对红外辐射的透射率模型;并计算出大气透射率,利用基于NETD距离模型及相关系统性能参数和指标,通过迭代计算,可求出目标与探测器之间的红外作用距离,分析计算了主要因素对作用距离的影响。该研究为红外探测系统方案设计及性能优化提供数据支撑,也为红外数字仿真系统构建提供了必要条件。

基于大气散射理论的视频去雾算法的研究

本文提出了基于大气散射理论的视频去雾算法,这种方法计算固定场景下的大气透射率,把计算结果应用于视频的所有帧以消除雾气,实验结果和实际应用显示这种算法去雾效果较为清晰,对比度较原始图像有明显的提升。与其他视频去雾算法相比,由于固化了先验信息,因此算法的处理速度较快,在处理实时监控数据时可以迅速得到去雾的结果。

湍流大气信道激光透射率的研究

自由信道的大气透射率对自由空间光通信系统的设计和应用具有重要的价值,经典的大气透射率测量方法的精度水平已不能满足实际需求。结合实际应用中激光器光束能量的高斯分布特性和存在于大气信道中的湍流影响特性,对经典的大气透射率测量方法进行了改进,提出了大气透射率精确测量的实验方案。对上海和青海的多条自由空间信道的大气透射率采用经典方法与新提出方法分别进行了测量,得到的结果之间存在差异。发现青海的大气透射率很高,但是大气湍流相对严重,而上海的大气情况正好相反。分析和实验数据还表明经过长距离湍流信道后光斑扩展严重。

基于走航观测数据的ERA5南海北部夏季短波辐射收支评估

海表短波辐射收支是海–气界面能量交换的重要物理过程。本研究利用2019年南海北部夏季科考航次的走航观测数据,评估了ERA5再分析数据的海表短波辐射通量收支。结果表明,ERA5的向下短波辐射相比观测偏小,11时和15时(北京时间)的偏差最大,可达-100 W/m^(2)。与此同时,ERA5的海表反照率整体偏低,其中高太阳高度角时段偏差较小,约为-0.03,低太阳高度角时段偏差较大,约为-0.15。向下短波辐射和反照率的偏差共同造成ERA5白天平均海表净短波辐射通量比观测偏小约25.4 W/m^(2);其中,反照率低估抵消了约50%向下短波辐射偏差的贡献。研究表明,在不同大气透射率情况下,ERA5的海表辐射收支偏差存在不同表现。ERA5海表反照率的低估可能与其采用的参数化方案在南海北部的适用性不足有关。基于观测本研究也给出了一个简单的参数优化方案。

台湾海峡上空垂向大气漫透射率的季节变化

根据地物光谱仪在可见光和近红外波段的观测数据,获取了台湾海峡海区2006年夏、冬季和2007年春、秋季的垂向大气漫透射率,并对之进行了统计分析。研究发现,台湾海峡海区的垂向大气漫透射率具有明显的季节变化,春秋季节的垂向大气漫透射率明显高于冬夏季节,且不同季节的垂向大气漫透射率具有不同的波长分布特征。该海区垂向大气漫透射率平均值显著低于无气溶胶时的透射率理论值。根据测得的大气总光学厚度可知,气溶胶光学厚度,特别是海洋性气溶胶光学厚度的季节变化对垂向大气漫透射率的季节变化有最重要的影响。

基于超像素图像分割的暗通道先验去雾改进算法

本文针对暗通道先验去雾算法在天空等明亮区域存在明显的噪声放大和色彩失真的问题,从大气散射模型和暗通道先验理论出发修正大气光值和非暗通道区域透射率,提出了基于超像素图像分割的暗通道先验去雾改进算法.本文算法基于大气散射模型和暗通道先验理论建立雾天成像模型;通过超像素阈值分割算法将图像分为暗通道区域和非暗通道区域,暗通道区域(Dark Channel Region,DCR)即图像中符合暗通道先验理论的部分,非暗通道区域(Non-Dark Channel Region,NDCR)即图像中不符合暗通道先验理论的部分;再分别通过非暗通道区域和暗通道区域的超像素,估计全局大气光值,修正非暗通道区域透射率;最终根据大气散射模型恢复无雾图像.本文算法提高了全局大气光值的准确性,有效抑制了天空等非暗通道区域的失真,复原图像更加清晰自然,增强了视觉效果.主观和客观评价的实验表明,本文算法能够取得比传统算法更优的去雾效果.