光谱成像技术研究室知识库

1.27μm波段的O2（a1Δg）气辉辐射具有辐射信号强、空间跨度大、自吸收效应弱等诸多内禀优势，是临近空间大气遥感的重要目标源，对于中高层大气的动力学及热学特性研究，全球温室气体探测，以及臭氧浓度三维层析等卫星遥感具有重要的科学意义和应用价值。首先基于O2（a1Δg）光化学反应模型，研究了O2（a1Δg）气辉的产生机制及湮灭机理，在此基础上，计算得到了O2（a1Δg）气辉体辐射率廓线，并基于HITRAN数据库给出的谱线强度及爱因斯坦系数，提出了两种计算O2（a1Δg）气辉光谱分布的方法。采用最新的分子光谱参数、光化学反应速率常数及F10.7太阳紫外通量等参数，结合光化学反应模型计算得到的O2（a1Δg）气辉体辐射率廓线信息，借助逐线积分算法，建立了1.27μm O2（a1Δg）气辉临边观测辐射传输理论模型，并分析了自吸收效应对不同临边观测高度处气辉辐射光谱强度的影响。然后，利用剥洋葱算法，对大气图像扫描成像吸收光谱仪（SCIAMACHY）在临边观测模式下测得的O2分子近红外大气带的气辉辐射信号进行处理得到了目标层O2（a1Δg）气辉辐射光谱，并通过谱积分算法反演得到了O2（a1Δg）气辉的体辐射率廓线信息。最后通过对比气辉临边观测辐射传输理论模型计算得到的以及SCIAMACHY仪器测量反演得到的1.27μm O2（a1Δg）辐射光谱及体辐射率廓线信息，验证1.27μm O2（a1Δg）气辉临边观测辐射传输理论模型的可靠性与合理性。基于比对结果，对O2（a1Δg）气辉临边辐射强度和体辐射率的影响因素进行了分析。分析结果表明，在50 km以上的高空区域，理论计算结果与卫星实测结果吻合性较好，而随着海拔高度的降低，两者的偏差逐渐增大，这是因为在临边观测模式下，中低空区域的卫星遥感信号受自吸收效应及大气散射效应影响严重。此外，与HITRAN数据库给出的谱线强度参数相比，基于爱因斯坦系数建立的O2（a1Δg）气辉临边辐射模型与卫星实测结果更加吻合。1.27μm O2（a1Δg）气辉临边观测辐射传输理论模型的建立，对于临近空间大气遥感，奠定了理论基础。