后向散射辐射探测大气臭氧总量反演方法的改进

以SBDART模式作为辐射传输计算模式,在各种大气气溶胶存在的情况下利用现有的大气后向散射反演大气臭氧总量的Version7方法,模拟计算得到各种气溶胶存在时的大气臭氧总量,并分析了反演结果误差产生的原因.进一步提出根据斜气柱臭氧总量sΩ0,选择不同连续波长区间测量得到的后向散射强度来对臭氧总量的初估值Ω0进行修正的方法.将得到的结果与Version7的进行比较,证明了新方法的有效性.      

紫外后向散射探测臭氧总量的反演误差研究

通过探测紫外后向散射获取臭氧总量目前已经成为臭氧总量探测的主要方法之一. 本文以模拟计算为主要方法, 从模式计算误差, 反演算法误差和仪器误差三方面着手, 对影响臭氧总量反演精度的各个参数进行分析研究, 并对由其引起的臭氧总量反演误差进行定量计算, 研究结果对臭氧总量反演精度的提高和实际观测资料的处理有着重要的指导意义.      

135.6nm夜气辉峰值电子密度反演算法及误差

根据夜间135.6nm大气辉光光强与F₂层峰值电子密度N_mF₂平方成正比的物理机制,在前期夜间135.6nm气辉辐射激发模型研究的基础上建立了峰值电子密度的反演算法,把全球经纬度分成若干格点,每个格点的电离层及中性成分信息分别由IRI2000和MSISE90提供,将电离层及中性成分廓线输入夜气辉辐射激发模型,计算每个格点135.6nm气辉的辐射强度,然后将各个格点的135.6nm气辉辐射强度与电离层廓线输入的N_mF₂平方拟合得到气辉强度与N_mF₂的转换因子.利用此方法可获得不同地方时、季节和太阳活动周期的转换因子组成查算表,进而根据实际探测的135.6nm气辉辐射强度反演相应时空的N_mF₂.最后对该算法的反演误差进行了综合分析,为该算法适用的时空特性提供重要理论支撑.      

红精灵发光光谱的数值模拟研究

红精灵是发生在雷暴层云顶的一类大气瞬态发光现象, 是能量由对流层耦合到中高层大气的直接证据. 其发光光谱研究是了解整个事件对中高层大气能量注入的重要手段, 有助于认识事件发生区域的大气电离度及事件过程的能量电子分布, 进一步为研究红精灵的产生机制提供重要信息, 同时为大气辐射背景资料研究提供重要依据. 本文利用Boltzmann方程求解了电场作用下弱电离气体中电子能量分布的时变函数, 以此为基础, 模拟计算了红精灵各典型发射带的光谱强度. 模拟计算结果表明, 约化电场E/N越强, 电子获得的能量就越多, 高能电子也就越多, 致使撞击中性大气产生的辐射光强就越强; 模拟显示红精灵光辐射谱分布从远紫外直至近红外.      

垂直对天顶测量的紫外前向散射探测臭氧总量的可行性研究

选用SBDART模式作为大气辐射传输计算模式,通过模拟计算和结果分析探讨无云的晴天、垂直对天顶观测的紫外前向散射反演大气臭氧总量的可行性.计算表明,穿透能力与探测灵敏度之间的复杂联系使得探测波长应随着sΩ0的增大而波长变长,若用波长对探测,则波长对中较短的波长也应随着sΩ0的增大而增大.另外大气的臭氧总量越少,反演结果受下垫面反照率、气压和仪器精度的影响越大,因而反演误差越大.当强度Ii的测量精度为±1%时,下垫面反照率R和气压P0的分辨率分别达到±0.05和±50 hPa,若用单波长探测,则在大气臭氧总量Ω0和s都较小时,反演结果大于5%;若选用波长对进行探测,由于R和P0的误差对反演结果的影响降低,故精度大大提高.Ii,R和P0在上述精度下,选取适当的波长对进行探测,精度至少可达±4%,当臭氧总量高于350 DU时,可达±2%.