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随着2002年搭载于EOS-AQUA上的大气红外探测仪AIRS首次真正实现高光谱分辨率的大气红外探测,与高光谱分辨率探测仪器配套的科学算法的研究越来越重要。我国的气象卫星上目前还没有这样的仪器,但是已经确立了在风云四号静止气象卫星上搭载高光谱分辨率的大气垂直探测仪。本文针对风云四号大气垂直探测仪,研究了一套高光谱分辨率的快速辐射传输模式。
本文所建立的辐射传输模式,基于K分布方法,其光谱分辨率为0.2cm-1,可以计算的光谱范围是10~3250cm-1,对于所讨论的各个光谱区间,RMS误差基本上在1K以内。K分布方法通过变换积分变量,将对频率的积分转变为对吸收系数的积分,对均匀路径来说,在数学和物理上没有做任何的假定和近似。以往关于K分布方法的研究主要针对其在气候模式中的应用,分辨率一般≥100cm-1,与本文所建立的高光谱分辨率的辐射传输模式有很大区别。对于高光谱分辨率的情况,处理重叠吸收带时各种基于统计的方法不再适用;另外,由于本文所建立的辐射传输模式将用于大气探测,所以需要考虑各个气体混合比的变化对透过率的影响。此外,由于线参数是影响辐射传输模式计算精度的重要原因之一,为了清楚的了解线参数的改进对辐射传输计算结果的影响,本文利用逐线积分模式比较了根据不同版本线参数得到的计算结果,从而发现:随着线参数的更新,不同版本之间的差值明显减小,但是在某些波数区间,HITRAN2k与HITRAN04之间仍然存在较大的偏差,如1650-2250cm-1之间的最大相对偏差(辐射值)为~5%。本文还利用逐线积分模式对使用广泛的中等光谱分辨率的辐射传输模式MODTRAN的精度进行了检验。相对于逐线积分方法的计算结果,当分辨率为2cm-1时,多数波段上的误差在10%左右,有些波段甚至达到了30%。