沙尘暴是全球干旱、半干旱地区特有的一种灾害性天气,针对沙尘暴的发生、发展,急需开展大尺度的观测,在这方面,卫星遥感具有非常大的优势。利用星载红外高光谱仪器监测沙尘暴的发生、发展是卫星遥感沙尘暴的一个重要研究方向。本论文在这一方面进行了有益的尝试,主要进行了Mie散射原理计算沙尘气溶胶的红外散射特征参数、DISORT模式计算沙尘气溶胶的红外透过率和反射率数据库、沙尘大气红外高光谱快速辐射传输模式开发以及AIRS实际观测资料沙尘信息提取四方面的工作,特别是开发了沙尘大气的快速红外高光谱辐射传输模式。在Mie散射计算方面,本论文研究了不同类型气溶胶红外波段的散射特性,着重分析了水滴、冰晶和沙尘气溶胶的不同散射特征以及不同粒子等效半径下沙尘气溶胶的红外散射特性。结果显示:不同类型的气溶胶,散射和消光特征相同,这为我们利用红外高光谱信息区分气溶胶提供了可能;消光系数、单次散射反照率和不对称因子三个散射特征参数是波长和粒子等效半径的函数,沙尘气溶胶的消光系数和不对称因子随粒子等效半径的增大而增大;等效半径小于2μm,沙尘的单次散射反照率随粒子等效半径的增大而增大,但当等效半径大于2μm时,单次散射反照率在红外波段4～20μm随等效半径的变化不单调。在Mie散射原理计算沙尘气溶胶红外波段散射特性的基础上,利用DISORT计算了201个波数、15个光学厚度、19个粒子等效半径和50个观测天顶角格点上的沙尘气溶胶红外透过率和反射率,结果表明:一定波数和光学厚度下,透过率和反射率随粒子等效半径和观测天顶角变化平滑。本研究要开发的快速模式要求能快速获取任意波数、光学厚度、等效半径和观测天顶角的沙尘气溶胶红外透过率和反射率值,因此,在一定波数和光学厚度下,我们将沙尘层透过率和反射率表示为天顶角余弦和粒子等效半径的三次多项式,利用已有的数据库,对透过率和反射率分别得到一组不同波数和光学厚度下的模拟系数。有了这组模拟系数,对于任意波数、光学厚度、等效半径和观测天顶角,我们都可以通过插值快速获取透过率和反射率函数值。这也是我们沙尘大气红外辐射传输快速模式开发的关键。在上述两步工作的基础上,从沙尘大气的红外辐射传输方程出发,耦合晴空条件下的SARTA快速辐射传输计算模式和沙尘气溶胶的红外透过率和反射率,发展了沙尘大气的红外高光谱快速辐射传输模式,并进行了沙尘大气亮温对不同影响因子的敏感性试验。结果表明:红外波段800～1000 cm?1是沙尘的敏感区,是卫星遥感沙尘的重要信息依据。沙尘光学厚度越大,高度越高,粒子等效半径越大,地表温度越低,卫星探测到的亮温越低。光学厚度从1到9,使800～1000 cm?1光谱段亮温降低,幅度最大10K。沙尘高度越高,亮温降低幅度越大,在800～1000 cm?1光谱段,在短波区1000 cm?1比长波区800 cm?1对亮温降低的幅度更大,降低幅度的差异可达2K。粒子等效半径增加,将减小800～1000 cm?1处的光谱亮温,但减小的幅度最大3～4K,远低于光学厚度对亮温的影响,对亮温随波长的变化影响也弱于沙尘高度。从800～1000 cm?1亮温变化情况看,可能遥感反演光学厚度1～9的沙尘变化以及沙尘的高度。利用AIRS L1B数据进行沙尘信息提取和红外高光谱特征分析的结果表明,在800～1000 cm?1大气窗区沙尘大气亮温光谱曲线的斜率为负,与沙尘模式的模拟结果吻合;800 cm?1和1000 cm?1的亮温差可达10K,沙尘模式也模拟出了亮温变化幅度,这都证明模式具有可信度。在红外波段,晴空、沙尘和云的光谱特征明显不同,在1217～1613 cm?1波段,晴空大气亮温曲线斜率坡度最大,有云大气亮温曲线斜率坡度最小,沙尘居中。在800～1000 cm?1波段,有云大气亮温曲线斜率为正,晴空大气亮温曲线斜率接近零。可见,高光谱为晴空大气像元的提取提供了有力手段。本论文的研究成果为今后沙尘暴的红外高光谱遥感反演及业务化运行奠定了良好的基础。