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随着红外光学技术的飞速发展,地球大气背景的红外光谱辐射特性成为了天基目标探测、卫星遥感探测等领域的研究热点。为了研究典型大气条件下的大气背景光谱辐射特性,可以通过建立合适的辐射传输模型并解算辐射传输方程得到。但目前的大气辐射传输模型将整层大气都视为处于局地热力学平衡(LTE)状态,且一般是基于平面平行大气理论,这些近似处理方法无论是在大气实际所处热力学状态还是大气的几何模型上,都与大气实际情况有很大的差异。因为中高层以上的大气空气密度小、压力低,使得大气分子之间的碰撞频度较小,不能通过及时交换能量达到平衡状态,而且实际大气是球形的。因此,为了建立更加精确的大气辐射传输模型,有必要研究中高层大气的非局地热力学平衡(NLTE)效应对热辐射传输的影响。本论文基于大气辐射传输基本理论对红外辐射在NLTE大气中的传输特性进行了仿真研究,主要研究工作包括以下几个方面:1.详细阐述了大气组分对红外辐射的吸收,主要包括H2O分子、CO2分子和O3分子的分子结构和强吸收带。2.从分子结构出发,研究了大气分子NLTE辐射机制,推导了大气分子在典型NLTE情形时的能级布居表达式和源函数表达式。并给出了振动温度的表达式,计算并分析了不同条件下分子各能级的振动温度相对于大气动力学温度的偏离。3.分析了球面大气条件下辐射传输方程的求解方法,并依据半球累加法计算了典型条件下的大气NLTE临边透过率和辐射亮度,并利用SHARC的计算结果对本模型进行校验,说明了本模型的准确性。并分别计算分析了H2O分子、CO2分子和O3分子在典型大气模式下的临边透过率和辐射亮度。4.完成了大气背景NLTE红外光谱辐射特性仿真软件的开发。基于MATLAB平台,编写了大气NLTE临边红外光谱辐射计算软件。通过输入大气参数和几何条件,运算后输出大气分子振动温度、NLTE临边透过率及NLTE辐射亮度的数据和图像。软件界面友好、功能完备,针对输入的计算条件可同时计算并输出大气的LTE于NLTE辐射亮度,非常方便用于分析大气的NLTE辐射影响。