发布时间 : 星期四 文章红外辐射和辐射源-中科院上海技术物理研究所 - 图文更新完毕开始阅读f9b46df6970590c69ec3d5bbfd0a79563c1ed4b4
图1.33 1．8．5 辐射大气传输的计算
大气传输的计算早期都用查表的方法。如水平观察路径的大气透过率可通过查海平面水平路程上主要吸收气体水蒸汽、二氧化碳的光谱透过率表。由于二氧化碳成分变化不大，它的透过率可直接查表。水蒸汽是大气的可变成分，它的吸收与气温、相对湿度有关，即与反映每公里可凝水量的绝对湿度有关。
对一定海拔高度的水平路程，由于大气压强低，吸收带变窄，同样路程透过率增加，须引入高度修正因子，等效折算到海平面路程。倾斜路程则要将路程等分为若干段，分段折算等效路程，计算各段的透过率，再求整个路程的透过率。
查表法对大气传输模型做了大量简化，也未考虑散射,计算繁复，精度较差,已很少使用。目前，工程广泛利用现成的大气传输计算软件，常用的大气传输计算软件有：
1) 低频谱分辨率传输（LOWTRAN）
LOWTRAN是美国地球物理管理局开发的大气效应计算软件，用于计算低频谱分辨率（20cm-1）系统给定大气路径的平均透过率和路程辐射亮度。LOWTRAN7是最新型码，于1988年初完成，1989年由政府公布。它把LOWTRAN6的频谱扩充到近紫外到毫米波的范围。根据修正的模型和其他方面的改进，LOWTRAN7比1983年公布的LOWTRAN6更为完善。
LOWTRAN7的主要优点是计算迅速，结构灵活多变，选择内容包括：大气中气体的或分子的分布及大型的粒子。后者还包括大气气溶胶（灰尘、霾和烟雾）以及水汽（雾、云、雨）。由于LOWTRAN中所用的近似分子谱带模型的限制，对40公里以上的大气区域，精度严重下降。LOWTRAN主要作为工作于下层大气和地表面战术系统的辅助工具。
2）快速大气信息码（FASCODE）
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它利用美国地球物理管理局开发的算法，为单个种类的大气吸收线形状的计算建立模型，进行逐线计算。所有谱线数据存于HITRAN数据库。FASCODE是一套实用的精确编码，比LOWTRAN有更高的精度。但是，用于需要复杂的逐线计算，其计算速度远低于LOWTRAN。FASCODE可用于要求预测高分辨率的所有系统。
3）中频谱分辨率传输（MODTRAN）
MODTRAN包括的谱带范围与LOWTRAN一致，且有LOWTRAN的全部功能。与LOWTRAN7相同，它包括一系列分子的谱带模型，但精度可达2cm-1。与FASCODE不同的是它拥有自己的光谱数据库。由于它既包括了直接的太阳辐射亮度，也包括了散射的太阳辐射亮度，所以适合于低大气路径（从表面到30km）和中等大气路径，路径大于60km时，运用MODTRAN要谨慎。
4）高频谱分辨率传输（HITRAN）
HITRAN是国际公认的大陆大气吸收和辐射特性的计算标准和参考，其数据库包含了有30种分子系列的谱参数及其各向同性变量，包括从毫米波到可见的电磁波谱。除作为独立的数据库外，HITRAN还可用作FASCODE的直接输入以及谱带模型码如LOWTRAM和MODTRAN的间接输入。在解决输入的情况，分子谱带是以逐线模式计算，递降到谱带模型特定的分辨率，然后再进行相应的参量化。
1．8．6 LOWTRAN7介绍
由于LOWTRAN 、MODTRAN和FASCODE的输入方式有许多相似之处，在此，给出一个计算实例的全部输入数据，并对主要其物理意义作一说明。 1．8．6．1 基本输入参数
1）大气模型
LOWTRAN7规定了六种大气模型，每种模型有对应的大气压力、温度随高度的分布关系。这样，CO2、N2O、CH4、CO等混合比不变的吸收气体的密度也就确定了。由于水蒸气、臭氧是大气中的可变成分，每一种模型单独规定了水蒸气密度以及臭氧密度的高度分布。
LOWTRAN7规定的六种大气模型是：
a) 1976年美国“标准”大气：1976年，由磨光制定，用中纬度平均值表示； b) 赤道： 北纬15°；
c) 中纬度夏天： 北纬45°，7月； d) 中纬度冬天： 北纬45°，1月； e) 亚北极夏天： 北纬60°，7月； f) 亚北极冬天： 北纬60°，1月；
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模型大气不是按等高度分层的，0至25公里，按1公里分层，25至50公里，按5公里分层。 这六种模型的温度、压力随高度的分布见图。
图1.34 六种大气模型大气温度的高度分布
图1.35 六种大气模型大气压强的高度分布
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