基于逐次散射法的海洋—大气矢量辐射传输模式

首先推导了粗糙洋面双向偏振反射模型pBRDF(Bidirectional Polarized Reflectance Distribution Function),并将其与SOSVRT(Successive Order of Scattering Radiative Transfer)矢量辐射传输模式耦合,建立了海洋—大气耦合的矢量辐射传输模式,并对该耦合模式的模拟结果与前人模拟结果进行对比,验证了该耦合模式的可靠性与有效性。不同大气和洋面状态、不同高度的主平面内辐射强度和偏振度的模拟结果表明:pBRDF模型可以很好地模拟不同风速下洋面的偏振反射分布特征;洋面在特定角度具有很高的偏振度,并对大气顶的偏振辐射有很大影响。因此,该耦合模式可以更准确地处理辐射光谱在海洋—大气两种介质间的传输问题,对矢量辐射传输、大气遥感问题的研究有重要意义。

水色遥感的精确Rayleigh散射算法研究

偏振问题是卫星水色遥感需要解决的一个重要问题。通过对带偏振的辐射传输方程进行求解得到精确的Rayleigh散射计算结果，便可以对水色遥感器进行偏振修正.本研究将矢量辐射传输方程进行傅立叶展开，得到与方位角独立的矢量辐射传输方程，利用逐次散射法对其进行求解？本文给出了HY-1卫星上水色遥感器COCTS在不同观测角厦和不同风速情况下的精确Rayleigh散射结果。

考虑地表反射类型的气溶胶散射偏振特性

采用逐次阶散射法求解矢量辐射传输方程来研究气溶胶在不同地表反射模型下的散射偏振特性.首先,选取单一地表反射模型和耦合地表反射模型两种地表反射模型.然后,根据地表反射模型计算得到相应的地表反射率,进而采用逐次阶散射法对矢量辐射传输方程进行求解,得到散射光的Stokes矢量.最后,由Stokes矢量计算得出散射光的偏振度.仿真结果表明,两种地表反射模型下气溶胶单次散射的散射辐射强度和线偏振度均相等;耦合地表反射模型的总散射辐射强度和线偏振度总是大于单一地表反射模型;单一地表反射模型的气溶胶单次散射相对总散射的贡献总是大于耦合地表反射模型.研究结果对气溶胶光学特性的反演具有一定意义.

大气辐射教学过程中一些概念讲解的探讨研究

大气辐射学是大气物理学中一个重要的分支。它以分子光谱学、电磁学、光学为基础,其涉及的概念繁多,在教学过程中需要特别注意对一些基本概念的讲解。本文重点讨论了单次散射源函数、相函数非对称因子和逐次散射方法的教学讲解,有利于对这些概念在教学中的澄清。

实际天气条件下气溶胶的散射偏振特性

基于逐次阶散射法对矢量辐射传输方程进行求解,考虑了多次散射现象以及地表反射模型,研究了实际天气条件下不同能见度天气中气溶胶的散射偏振特性。基于北京地区2019年较长时间范围内的能见度统计,选取具有代表性的高能见度和低能见度天气。依据AERONET气溶胶宏观和微观数据,采用更能反映地表情况的耦合地表反射模型。仿真得出了不同能见度天气条件下的气溶胶散射光Stokes矢量,进而求得偏振度。仿真结果表明,低能见度和高能见度天气条件下的气溶胶散射偏振特性有所不同。低能见度天气条件下,随着太阳天顶角的增大,向下的1次散射光I、Q、U分量无规律变化,而向下的高阶散射光以及向上的各阶散射光的I、Q、U分量随太阳天顶角的增大而增大。在高能见度天气条件下,各阶散射光的I、Q、U分量变化趋势比较一致,均随天顶角的增大而增大,偏振度也是如此。实际天气条件下的气溶胶散射偏振特性对气溶胶散射偏振特性遥感、气溶胶微物理特性反演具有重要意义。

地表双向反射对天基矢量辐射探测的影响分析

矢量辐射传输方程定量描述了辐射在地表-大气耦合介质中的传输过程,是定量遥感的基础.在处理辐射和离散介质相互作用时,如何处理多次散射、辐射偏振效应和耦合地表模型是研究的重点,直接影响定量化遥感反演的精度.文中基于逐次散射近似法求解了矢量辐射传输方程,求解过程中耦合典型地表的非偏双向反射(BRDF)模型和偏振双面反射(BPDF)模型.采用相对误差因子定量分析了地表双向反射效应和大气偏振效应对天基矢量辐射的影响.为进一步研究地表-大气耦合介质系统的偏振特性及地表大气参数的定量遥感反演提供理论支持.

典型矢量辐射传输模式计算精度与效率的初步比较

辐射传输模式是建立遥感反演方法和气候模式中辐射参数化的重要工具,尤其是全偏振的矢量辐射传输模式对于精确理解地气系统中的辐射过程至关重要。PolRadtran/RT3(polarized radiative transfer)、SOSVRT(vector radiative transfer based on successive order of scattering)和VDISORT(vector DIScrete ordinate radiative transfer)是基于不同物理原理求解矢量辐射传输的三个代表性数值模式。对这三个模式进行计算时间和计算精度的比较,发现,基于逐次散射法的SOSVRT计算效率最高,计算时间基本不随流数的增加而增长,但随单层光学厚度的增大,其计算时间有较为明显的增加,在米散射情况下,光学厚度从0.5增加到1.0时,其计算时间增加了1倍;基于倍加累加法的RT3和基于矩阵特征矢量求解方法的VDISORT计算效率较低,尤其是采用大流数计算时,RT3和VDISORT的计算时间随流数的增加迅速增长,特别是在瑞利散射条件下,波长为400nm,流数为40时,其计算时间分别为SOSVRT的23倍和7倍。但是,两模式随光学厚度增加计算时间却无明显的增加。在计算精度方面,3个模式比较接近,只是VDISORT在大流数的情况下会有震荡现象。