衛(wèi)星氣象名詞解釋

衛(wèi)星氣象名詞解釋第一章氣象衛(wèi)星在衛(wèi)星上攜帶有各種氣象觀測儀器，測量諸如大氣溫度、濕度、風、云等氣象要素以及各種天氣現(xiàn)象，這種專門用于氣象目的的衛(wèi)星稱做氣象衛(wèi)星衛(wèi)星氣象學如何利用氣象衛(wèi)星探測各種氣象要素，并將衛(wèi)星探測到的資料如何應用于大氣科學的一門學科遙感在一定距離之外，不直接接觸被測物體和有關物理現(xiàn)象，通過探測器接收來自被測物體(目標物)反射或發(fā)射的電磁輻射信息，并對其進行處理、分類和識別的一種技術(shù)。4.傳感器；收集電磁輻射信息的裝置運載工具裝載傳感器的設備(如衛(wèi)星、飛機、火箭等)氣象衛(wèi)星遙感利用氣象衛(wèi)星對大氣進行遙感探測衛(wèi)星遙感探測技術(shù)組成部分遙感信息的獲取方法的研究，主要是研究在各個電磁波段的各類傳感器的特性；各類目標物的光譜特性和遙感信息傳輸規(guī)律的研究；遙感數(shù)據(jù)的處理和分析判讀技術(shù)的研究。衛(wèi)星氣象的主要內(nèi)容研究大氣目標物(各類吸收氣體)、云和地表等的輻射光譜特性及電磁輻射在大氣中傳輸規(guī)律。尋找從衛(wèi)星探測和獲取大氣中主要氣象要素和大氣現(xiàn)象的理論和方法。包括測量各種氣象要素和推斷目標物特性的最佳光譜段選取的研究，能滿足氣象觀測要求的遙感儀器的最佳設計的研究，以及氣象衛(wèi)星資料反演方法的研究等；氣象衛(wèi)星資料的接收、處理和分發(fā)、數(shù)據(jù)管理和存貯、質(zhì)量控制；氣象衛(wèi)星資料直接在天氣預報、大氣科學研究中的應用。以及在其它有關領域中的使用。主動遙感儀器接收由本身發(fā)射然后經(jīng)被測物體反射回來的電磁輻射，再根據(jù)儀器接收到的反射電磁輻射特征來識別和推斷目標物的特性。整個設備的體積大、重量重、消耗功率大，一般為地面遙感采用，如測雨雷達。10被動遙感又稱自然源遙感測量目標物自射發(fā)射的電磁輻射或反射自然源（如太陽輻射）發(fā)射的電磁輻射來推測目標物特性，有（人工）源遙感儀器的重量輕、體積小和耗能少；氣象衛(wèi)星探測特點一、氣象衛(wèi)星在固定軌道上對地球大氣進行觀測二、氣象衛(wèi)星實現(xiàn)全球和大范圍觀測三、在空間自上向下觀測四、氣象衛(wèi)星采用遙感探測方式五、有利于新技術(shù)的發(fā)展的推廣應用當前氣象衛(wèi)星可以提供以下有價值的資料：1、每日的可見光、紅外和水汽等多譜段圖象資料；2、大氣垂直探測資料；3、微波探測資料；4、太陽質(zhì)子、粒子資料等；導得以下氣象和其它領域的各種參數(shù)和現(xiàn)象：1、云系的大范圍分布和各類天氣系統(tǒng)的位置、形成、發(fā)生發(fā)展等；災害性天氣的發(fā)生發(fā)展；2、云類、云量、云頂溫度（云頂高度）、云的相態(tài)等；3、氣溶膠、沙塵暴、吹沙、浮塵、冰雪覆蓋等；4、陸面溫度、植被分布、蒸散、土壤濕度、地面反照率等陸面參數(shù)；5、大氣溫度、濕度垂直分布，大氣中水汽總量、臭氧總量；6、降水量和降水區(qū)、地面水資源、洪水等；7、給定區(qū)域的云風矢量；8、入射地球大氣系統(tǒng)的太陽輻射和地球大氣系統(tǒng)反射總輻射，長波輻射總量地氣系統(tǒng)輻射收支等；9、海洋表面溫度、洋流、懸浮物質(zhì)濃度、葉綠素濃度和海冰等海洋表面狀態(tài)；10、監(jiān)視森林火災、森林生長狀況；11、由可見光和近紅外云圖提取植被指數(shù)，監(jiān)視農(nóng)作物生長、估計作物產(chǎn)量；12、監(jiān)視太陽質(zhì)子、粒子、電子通量密度和能量譜以及衛(wèi)星高度上的粒子總能量。氣象衛(wèi)星資料在大氣科學及其它領域中的作用1、衛(wèi)星資料是天氣分析預報的重要依據(jù)2、監(jiān)視暴雨、強雷暴等災害性天氣系統(tǒng)

3、監(jiān)視熱帶洋面上的低壓、臺風等天氣系統(tǒng)4、改進長期天氣預報5、為數(shù)值天氣預報提供資料6、在氣候研究方面的應用：1）云量、云類；2）輻射；3）降水；4）氣溶膠、微量氣體；5）冰雪覆蓋；7、為農(nóng)業(yè)提供氣象資料8、監(jiān)視森林火災、地表熱異常9、衛(wèi)星資料在水文方面的應用：（1）估計降水量；（2）監(jiān)測洪澇災害；洪水泛濫可造成重大損失，利用近紅外衛(wèi)星資料，可以制作洪水泛濫圖；（3）地面水資源。10、為海洋活動提供氣象資料1）海洋氣象預報和海洋航行保障：2）海洋環(huán)境監(jiān)視：3）河口、海岸的研究:4）海洋捕撈：11、為航空提供飛行保障12、為軍事提供氣象服務13、收集和轉(zhuǎn)發(fā)各種氣象資料14、空間環(huán)境監(jiān)視15中國風云1號氣象衛(wèi)星圖3.1風云1號氣象衛(wèi)星星體我國的衛(wèi)星氣象工作者和氣象衛(wèi)星的研制者，經(jīng)過多年的努力，克服了各種困難，于1988年9月7日，由長征4號火箭成功地將風云圖3.1風云1號氣象衛(wèi)星星體風云1號氣象衛(wèi)星（圖3.1）是中國第一顆極地太陽同步軌道試驗衛(wèi)星，它由中國航天部承擔衛(wèi)星的研制和發(fā)射任務，中國氣象局衛(wèi)星氣象中心負責管理衛(wèi)星資料的接收、處理以及產(chǎn)品的分發(fā)。風云1號氣象衛(wèi)星的任務是為天氣預報提供區(qū)域性及全球晝夜云圖，并測量海面溫度、海洋水色、海冰、雪蓋和植被等環(huán)境資料，以及空間環(huán)境監(jiān)測資料。衛(wèi)星本體是1.4x1.4x1.2米的六面體，星體外側(cè)對稱地安裝六塊太陽電池帆板；衛(wèi)星長8.6米，姿態(tài)為三軸定向穩(wěn)定，對地指向精度小于1.0度，軌道為太陽同步軌道，高度900公里，傾角99度，偏心率小于0.005,周期102.86分鐘，每天繞地球14圈；風云1號上裝有多光譜可見光、紅外掃描輻射儀（MVISR），表3.1給出了MVISR探測儀器的各通道的譜段及每一譜段的用途，F(xiàn)Y-1A、B的瞬時視場為1.2毫弧度，表3.1中國風云1號氣象衛(wèi)星MVISR1、2的通道及用途FY-1A、BFY-1C通道序號譜段（^m）譜段（pm）主要作用10.58?0.680.58?0.68白天云分布和云特性，作物監(jiān)測，污染物等20.725?1.100.84?0.89水陸界面、云、氣溶膠、植被、土壤濕度等30.48?0.433.55?3.95表面溫度、森林火災、火山、地面熱異常等40.53?0.5810.3?11.3晝夜云分布、地表面溫度、云頂溫度、火災等510.5?12.511.5?12.5晝夜云分布、地表面溫度、云頂溫度、火災等61.58?1.64冰雪、土壤濕度、云相等70.43?0.48海洋葉綠素、懸浮物、泥沙、海冰、海流、水團等80.48?0.53海洋葉綠素、懸浮物、泥沙、海冰、海流、水團等90.53?0.58海洋葉綠素、懸浮物、泥沙、海冰、海流、水團等100.90?0.96云、氣溶膠、海岸線等星下點分辨率1.08公里，儀器有五個波段，其資料發(fā)送方式有（1）高分辨率圖象傳輸（HRPT）；（2）低分辨率圖象傳輸（APT）和（3）延遲圖象傳輸。地面系統(tǒng)包括衛(wèi)星測控系統(tǒng)和衛(wèi)星資料應用系統(tǒng)兩部分。延遲圖象傳輸。地面系統(tǒng)包括衛(wèi)星測控系統(tǒng)和衛(wèi)星資料應用系統(tǒng)兩部分。測控系統(tǒng)隸屬西安測控中心，對衛(wèi)星發(fā)送指令；應用系統(tǒng)由中國氣象局衛(wèi)星氣象中心負責，它由北京、廣州、烏魯木齊三個資料接收站組成。風云-1A和-1B已于1988年9月7日和1990年9月3日用長征4號火箭于太原衛(wèi)星發(fā)射基地發(fā)射升空。風云1A衛(wèi)星獲取了大量高質(zhì)量的云圖產(chǎn)品，但是由于姿態(tài)故障和紅外探測器的水污染使紅外訊號減弱，衛(wèi)星只工作了39天。風云1B的姿態(tài)控制有了顯著改進，然而可靠性還須改進。在這同一天，還發(fā)射了大氣1號和2號科學試驗衛(wèi)星。風云-1C于1999年5月10日上午時成功發(fā)射，這一顆衛(wèi)星所攜帶的MVISR有10個觀測通道（見表3.1），其觀測通道數(shù)大增加，不僅增加了用于氣象觀測的通道，同時增加了海洋觀測的通道，表明我國氣象衛(wèi)星達到了一個新的水平。從表中可以看出，衛(wèi)星觀測項目和內(nèi)容大為增加，為衛(wèi)星資料廣泛應用于各科學領域奠定基礎，對我國衛(wèi)星氣象發(fā)展具有重要作用。2002年5月15日9時50分風云-1D和海洋1號兩顆衛(wèi)星由長征4號乙火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射基地升空，并送入預定軌道。衛(wèi)星重950公斤，設計壽命二年。16、中國風云2號氣象衛(wèi)星（圖3.8）1997年6月10日20時風云1號衛(wèi)星用長征3號火箭于西昌發(fā)射基地成功發(fā)射，這是中國第一代靜止氣象衛(wèi)星，它位于1050E赤道上空35800公里高度上。星體為一直徑2.1米，高1.6米的圓柱體，重1.38噸，采用自旋穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動速率為100+1轉(zhuǎn)/分鐘。風云2號氣象衛(wèi)星的主要任務是：（1）獲取可見光、紅外云圖和水汽圖；（2）收集來自海洋漂浮站、無人自動氣象站的觀測數(shù)據(jù)；（3）播放展寬數(shù)字云圖、低分辨率云圖和天氣圖。

FY-2衛(wèi)星圖3.8中國風云數(shù)據(jù)收集平臺C小規(guī)模利用站天氣圖/云圖接收站數(shù)據(jù)處運行控理中心制中心衛(wèi)星氣象中心風云2號靜止氣象衛(wèi)星帶有多通道掃描輻射儀，選用三個光譜通道：（1）可見光通道:測距副站I靜止氣象衛(wèi)星系統(tǒng)測距副站II木齊站）此規(guī)模利用站□□□0.55?0.75微米；（2）紅外通道：10.5?12.5微米；（3）水汽通道：6.3~7.6微米。星下點地FY-2衛(wèi)星圖3.8中國風云數(shù)據(jù)收集平臺C小規(guī)模利用站天氣圖/云圖接收站數(shù)據(jù)處運行控理中心制中心衛(wèi)星氣象中心風云2號靜止氣象衛(wèi)星帶有多通道掃描輻射儀，選用三個光譜通道：（1）可見光通道:測距副站I靜止氣象衛(wèi)星系統(tǒng)測距副站II木齊站）此規(guī)模利用站□□□風云2號衛(wèi)星地面系統(tǒng)由指令接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心和三點測距系統(tǒng)三部分組成。其中：1）指令接收系統(tǒng)主要完成：（1）發(fā)送指令信號到風云2號氣象衛(wèi)星上；（2）接收衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)；（3）發(fā)送和接收測距信號；（4）接收來自數(shù)據(jù)收集平臺的觀測報告。2）數(shù)據(jù)處理中心的任務是完成各類遙感產(chǎn)品的處理、資料的存檔和產(chǎn)品分發(fā)。

3）三點測距系統(tǒng)由衛(wèi)星和地面主站（北京站）及兩個副站（廣州站和烏魯木齊站）組至73）三點測距系統(tǒng)由衛(wèi)星和地面主站（北京站）及兩個副站（廣州站和烏魯木齊站）組至7月第二章28分定點成功，這一衛(wèi)星的性能比第一顆更為先進。開普勒運動定律1）衛(wèi)星的運動軌道是一圓錐截線（圓錐被一平面截出的一曲線，可以是圓、橢圓），地球位于其中的一個焦點上；2）衛(wèi)星的矢徑（衛(wèi)星與地心的連線）在相等的時間內(nèi)，在地球周圍掃過相等的面積;3）衛(wèi)星軌道周期的平方與軌道的半長軸的立方成正比。2、環(huán)繞速度衛(wèi)星在不同高度上作圓軌道運動所具有的速度vc=、:GM/r=m/（R+H）3、第一宇宙速度如果衛(wèi)星在地面附近水平發(fā)射，衛(wèi)星在地面入軌時所需要的最小速度v1=7.912千米/秒4、第二宇宙速度v2=11.2千米/秒這個速度稱第二宇宙速度，又稱逃逸速度。它是地面發(fā)射一顆行星所需的最小速度。5、天球坐標系為描述衛(wèi)星在宇宙空間中的運動規(guī)律，通常采用天球坐標系描述衛(wèi)星的運動。假想宇宙空間為一球，其兩極與地球的極一致，但天球不隨地球自轉(zhuǎn)。在天球坐標(圖2.1)中，取天赤道(地球赤道平面與天球相交)為基本圈，地心為中心，春分點為原點。天球上任一點的位置用赤經(jīng)a和赤緯5表示，赤經(jīng)以春分點為起點，反時針方向度量，以0-3600表示；赤緯以天赤道為00，向南、向北至兩極為900。在天球坐標系中，衛(wèi)星的位置可以用以下幾個參數(shù)(圖2.2)描述：6、升交點赤徑。：衛(wèi)星由南半球飛往北半球那一段軌道稱衛(wèi)星軌道的升段；由北半球飛往南半球那一段衛(wèi)星軌道稱軌道的降段。衛(wèi)星繞地球飛行一圈有半圈處在升段，另半圈處在降段。把軌道的升段與赤道平面的交點稱升交點；軌道降段與赤道平面的交點稱降交點。升交點的位置用赤徑。表示，它表示了軌道平面的位置，也表示了軌道平面相對于太陽的取向。7、傾角：這是指衛(wèi)星軌道平面與赤道平面之間的夾角，單位度。其度量是當衛(wèi)星處在升段時，從赤道平面反時針旋轉(zhuǎn)到軌道平面計算的。在衛(wèi)星觀測中，傾角決定了衛(wèi)星觀測的區(qū)域。8、偏心率e:指軌道的焦距與半長軸之比，它確定了衛(wèi)星軌道的形狀。9、軌道半長軸a:它是在軌道的長軸方向由軌道中心到軌道上的距離，它確定了衛(wèi)星軌道的形狀。10近地點角w:這是指衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)升交點與近地點之間的夾角，它確定了軌道半長軸的方向。11、平均近點角M:若衛(wèi)星通過近地點的時間為七，衛(wèi)星平均角速度為n，則任意時刻r的衛(wèi)星平均近點角為M=n(t-t)(2.20)p式中平均角速度n為n=2兀/T=i?'目/a3(2.21)12、衛(wèi)星真近點角0和偏近點角E：取地心為原點，軌道半長軸方向為、軸，*軸垂直于、軸，平行于短軸，則衛(wèi)星的矢徑r與、軸之間的夾角0稱為真近點角:這時衛(wèi)星作橢圓軌道運動的運動方程為、=rcos0(2.23)y=rsin0如果以橢圓軌道的中心為圓心，半長軸a為半徑作圓，就得到一橢圓軌道的外接圓，又稱輔助圓。若衛(wèi)星在輔助圓上運行，便作等角速度運動。為利用這一特征，過衛(wèi)星A作、的垂線交于外接圓于B點，連結(jié)B點和橢圓中心0，得連線OB，則OB與、的夾角E稱偏近點角。13星下點：指衛(wèi)星與地球中心的連線在地球表面上的交點，用地理坐標的經(jīng)緯度表示。由于衛(wèi)星運動和地球的自轉(zhuǎn)，星下點在地球表面形成一條連續(xù)的運動軌跡，這一軌跡稱星下點軌跡。14截距：由于衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的同時，地球不停地自西向東旋轉(zhuǎn)，所以當衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)一周后，地球相對衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的度數(shù)，這個度數(shù)稱之截距?？梢娊鼐嗍莾蓚€升交點之間的經(jīng)度差。15、軌道數(shù)：指衛(wèi)星從這一個升交點開始后到以后任何一個升交點環(huán)繞地球運行一圈的數(shù)目。從衛(wèi)星入軌到第一個升交點的軌道數(shù)為零條，以后每過一個升交點，軌道數(shù)增加1。16、衛(wèi)星軌道的攝動由于受月亮和太陽或其它星體的引力、地球大氣的阻力、太陽光壓力等的作用。所以衛(wèi)星的軌道參數(shù)是隨時間緩慢變化的，與開普勒定律得出的軌道總有偏離，這種偏離叫做衛(wèi)星軌道的攝動。17、軌道平面的進動由于地球是一個扁平的旋轉(zhuǎn)橢球體，在赤道附近處地球?qū)πl(wèi)星的引力加大，就使得衛(wèi)星的軌道平面繞地軸朝著與衛(wèi)星運動相反方向旋轉(zhuǎn)，就是使升交點赤經(jīng)Q變化，而傾角，不變，這種現(xiàn)象18、前進軌道：如果傾角，在0~900之間，衛(wèi)星順地球自轉(zhuǎn)方向，由西南向東北或西北向東南方向運動，這種軌道稱前進軌道或順行軌道。19、后退軌道：當傾角在900?1800之間，衛(wèi)星逆著地球自轉(zhuǎn)方向運行，由東南向西北方向運動，稱后退軌道或逆行軌道。20、赤道軌道：當衛(wèi)星傾角為00或1800時，衛(wèi)星在赤道上空向東或向西運行，這種軌道稱赤道軌道。這時衛(wèi)星可以連續(xù)觀測熱帶地區(qū)；當衛(wèi)星的傾角為00時，衛(wèi)星與地球同向運行，可以實現(xiàn)靜止軌道，對某一固定區(qū)域作連續(xù)觀測。21、極地軌道：當衛(wèi)星傾角為900時，衛(wèi)星通過南北兩極，這種軌道稱之極地軌道，利用這一種衛(wèi)星軌道可以觀測人類難以到達的兩極地區(qū)。22、圓形軌道：當偏心率e=0，衛(wèi)星作等速圓周運動，對衛(wèi)星遙感特別有利。同時對衛(wèi)星軌道的預告和資料的定位十分方便。23、橢圓形軌道：當eu0時，衛(wèi)星作橢圓形運動，這時衛(wèi)星在不同高度上對大氣進行觀測，可獲取大氣密度或其它有用的資料。利用橢圓形軌道可以發(fā)射高高度衛(wèi)星軌道。24、太陽同步衛(wèi)星軌道衛(wèi)星的軌道平面與太陽始終保持固定的取向。由于這一種衛(wèi)星軌道的傾角接近900，衛(wèi)星近乎通過極地，所以又稱它為近極地太陽同步衛(wèi)星軌道，有時簡稱極地軌道。為保持衛(wèi)星的軌道平面始終與太陽保持固定的取向，必須使衛(wèi)星的軌道平面每天自西向東旋轉(zhuǎn)10（相對于太陽）。25、地球同步靜止衛(wèi)星軌道衛(wèi)星的傾角等于00，赤道平面與軌道平面重合，則衛(wèi)星在赤道上空運行；又若衛(wèi)星的周期正好等于地球自轉(zhuǎn)周期（23小時56分04秒），衛(wèi)星公轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)達方向相同，這樣的衛(wèi)星軌道稱地球同步軌道。26、衛(wèi)星蝕：若太陽、地球和衛(wèi)星在一條直線上時，人造衛(wèi)星進入地球的陰影區(qū)，就出現(xiàn)衛(wèi)星蝕。27、全球衛(wèi)星觀測體系在靜止衛(wèi)星軌道上放置五顆衛(wèi)星，具體位置分別為：0（METEOSAT-歐洲空間局）、700E、1400E（GMS-日）、1400W（GOES-美）、750W（GOES-美）；極地太陽同步衛(wèi)星有兩顆，其一個在上午通過，另一個在下午通過各地，這樣可以每間隔半小時獲取全球資料，為有效覆蓋全球，各衛(wèi)星觀測區(qū)彼此有一定重迭。從而實現(xiàn)衛(wèi)星對全球大氣的監(jiān)視和觀測，為全球氣候和天氣預報提供氣象資料。28、衛(wèi)星的姿態(tài)衛(wèi)星的姿態(tài)是指衛(wèi)星在空間相對于軌道平面、地球表面或任何坐標系的固定取向。29、自旋穩(wěn)定：若衛(wèi)星繞自身對稱軸以一定的角速度旋轉(zhuǎn)，則在沒有空氣的阻力下，衛(wèi)星的角動量守恒，因而自轉(zhuǎn)軸方向始終不變，這種使衛(wèi)星穩(wěn)定下來的方式30、三軸定向穩(wěn)定：取衛(wèi)星的三個方向作為軸，并使其保持穩(wěn)定，這三個軸分別為：（A）俯仰軸（Y軸方向）：與衛(wèi)星軌道平面垂直，控制衛(wèi)星上下擺動；（B）橫滾軸（X軸方向）：平行于軌道平面，且與軌道方向一致，控制衛(wèi)星左右擺動；（C）偏航軸（Z軸方向）：指向地球中心，控制衛(wèi)星沿軌道方向運行。在衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)一圈中，軌道方向改變3600，偏航軸和橫滾軸的方向也要改變3600，才能保持衛(wèi)星姿態(tài)的穩(wěn)定。三軸定向穩(wěn)定是衛(wèi)星在三個方向上保持穩(wěn)定。31、重力梯度穩(wěn)定：由于地球?qū)σ粋€物體的吸引力隨高度而減小，高度越高，引力越小，所以地球的重力場是不均勻的，存在有重力梯度。當衛(wèi)星在重力場中運動時，因受重力梯度的作用，使衛(wèi)星趨向一個平衡位置，32、33第三章1、y射線：它是放射性元素蛻變時產(chǎn)生的，其波長最短，從10-11?10-4納米，具有很高的能量（幾萬?幾兆電子伏特），因此它能穿透非常稠密的物質(zhì)。由于7射線能電離空氣，所以可以讓它穿空氣來研它的特性。2、X射線（倫琴射線）：X射線是原子內(nèi)部的電子從激發(fā)態(tài)恢復到穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的，因而它的波長短、頻率高，其范圍從0.0045?10-5微米。X射線也能穿透密度很大的物質(zhì)，所以可以利用它的這種特性研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3、紫外線（UV）:紫外線是由于原子和分子內(nèi)部電子狀態(tài)的改變引起的，其波長范圍為0.35?0.0045微米。紫外線又可分為近紫外（0.25?0.38微米）和遠紫外（0.01?0.25微米）。由于它的頻率高，各種物質(zhì)對短的紫外線波都有強烈的吸收。對于近紫外UV還分為：UVA（0.32?0.38微米）、UVB（0.29?0.32微米）和UVC（0.25?0.29微米），其中UVA輻射對大多數(shù)人沒有大的危害，UVB可以對生命引起太陽傷害，較強的UVC則對多數(shù)生命產(chǎn)生嚴重的損害。4、可見光譜段（VIS）：可見光是一個很狹窄的波長間隔，波長范圍從0.35?0.76微米，它是由于原子內(nèi)部電子狀態(tài)的改變而引起的，其最大特點是它對人眼的網(wǎng)膜施以一種特殊的刺激而引起視覺?？梢姽庾V段還可進一步分為（見表4.1）:紫、藍、綠、黃、橙、紅等色光分波段。其中紫光波長最短，比紫光還要短的就是上面講的紫外線；紅光波長最長，比紅光還要長的是紅外線。太陽輻射的主要范圍是可見光輻射。5、紅外線（IR）：紅外線譜段從0.76?1000微米，它主要由分子、原子的振動轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。如表4.1所示，它還分為近、中、遠紅外譜段。紅外輻射也叫熱輻射或溫度輻射，地球大氣主要產(chǎn)生紅外輻射。6、微波：這是比紅外線還要長的電磁波輻射，波長范圍從1毫米到30厘米，它是由物質(zhì)內(nèi)部分子的轉(zhuǎn)動引起的。大于30厘米的是無線電波。7、輻射能Q:指電磁輻射所攜帶的能量，或物體發(fā)射的全部能量，其單位用焦耳。8、輻射通量①:指單位時間內(nèi)通過某一表面的輻射能，它表示了輻射能傳遞的速率，寫成①Q(mào)w=—t式中2是輻射能，，是時間。如果輻射能隨時間而變，則輻射通量以微分形式表示①=limAS=地，或2=j'2①dtAT0Atdtt1在遙感探測中，傳送給探測器的能量必須超過一最低值，才能使它工作。若探測器接收最小輻射能所允許的時間是'血,則有2min=O-'all式中2訕是遙感探測器能進行工作所需要的最低輻射能。9、輻射通量密度F:指通過單位面積的輻射通量，寫成(4.10)F=°，或F=lim通8①AmAAdA(4.11)其單位取焦耳/米2?秒(J?m-2.s-1)。10、輻照度(E)：指投射到一表面上的輻射通量密度。11、出射度(M)：指輻射體表面發(fā)射出的輻射通量密度。這幾個量之間的關系為8①O=FA=EA=MA，或F=M=E=——8A(4.12)12、輻射強度I：指對于點輻射源在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量，寫成(4.13)其單位是瓦?球面度-1(W-SL1)，如果點源是各向同性的，則輻射強度為13、輻射率或輻射亮度：是指一個面輻射源在單位時間內(nèi)通過垂直面元法線方向n上單位面、單位立體角的輻射能，即一8328228F/…、L(n)===—(4.14)8A8t8&8A8&8&其單位取瓦?米-2?球面度-1(W-m-2.Sr-1)。在多數(shù)情形中，輻射傳播方向甘與面元的法線方向n不一致，若它們間夾角為9，則甘方向的輻射亮度寫成832(0)頃NfS￡=褊土(4.⑸式中8a=8acos0，立體角如=sin0d0邳=d"?,日=cos0。從上可見，輻射亮度是位置、方向和時間的函數(shù)。如果面元的輻射率與方向無關，則稱是各向同性的，這樣的源稱做朗伯源。14、輻射能流密度u:是指單位體積內(nèi)包含的輻射能。它與輻射率L的關系為：考慮一個長為dl，截面積為dA與S方向相平行的圓柱，輻射通過圓柱所需的時間為dt=dl/c，c是光速，則在S方向、立體角do內(nèi)、時間dt、截面積dA的圓柱內(nèi)的總輻射能為Q=LdAddt=(Ls/c)dAdodl因而輻射能為u=Q/dldA(LJc)do15、分譜輻射量：實際的輻射量都是隨波長或頻率而變的，通常將輻射量隨波長或頻率的分布稱光譜分布。16、光譜視效率va)：人眼作為一種遙感器，能響應從0.4?0.7微米光譜范圍內(nèi)的電磁輻射，但是眼睛把輻射轉(zhuǎn)換成視覺的光化效率對各種波長是不相等的。對于在白天光照條件下，眼睛把不同波長的輻射通量轉(zhuǎn)變成視覺響應的相對效能稱光譜視效率，用符號V(人)表示。光譜視效率是無量綱量，在約0.53微米處最大，而向兩邊下降，到0.4和0.7微米處都有下降到很小值。18、吸收率、透過率和反射率：如若Q是入射到介質(zhì)的總的輻射能量，Qa是介質(zhì)對輻射能的吸收，Qt是透過介質(zhì)的的輻射能量，Q,是被介質(zhì)反射的輻射能量，則有關系'Q=Qa+Qt+Q,吸收率：a_Qaa—a，Q透過率：t_Qt—，Q和反射率：r=^-^，則上式可寫為Qa+1+r=119、黑體所謂黑體是指某一物體在任何溫度下，對任意方向和任意波長，其吸收率或發(fā)射率都

有等于1,即a(k)三120、灰體如果物體的吸收率與波長無關，且為小于1的常數(shù)，即a(人)三常數(shù)＜1這物體稱灰體。21、選擇性輻射體如果物體的吸收率(或發(fā)射率)隨波長而變，即a=a(人)則這物體稱做選擇性輻射體。22、發(fā)射率如果將輻射體的輻射通量密度M'與具有同一溫度的黑體的輻射通量密度M作比值，即(4.34)Ms=—M寫為s(X)。對于波長間隔氣-X2的發(fā)射率寫成P2s(X)M(X)(4.34)寫為s(X)。對于波長間隔氣-X2的發(fā)射率寫成P2s(X)M(X)dX*M"它給出輻射體在半球內(nèi)的發(fā)射率。(4.35)它是指與輻射表面成9角的小立體角內(nèi)的發(fā)射率。24、輻射平衡自然界的所有物體都在向四周放射輻射，同時也從周圍吸收輻射能。如果一個物體在某一溫度從外界得到輻射能，恰等于物體因輻射而失去的輻射能，則該物體的熱輻射達到平衡，而溫度保持不變，這一熱輻射過程稱做平衡熱輻射或輻射平衡。25、局地熱力平衡對于地球大氣系統(tǒng)，它不是孤立的，要受到太陽輻射和其它微粒流的作用，同時大氣內(nèi)存有溫度梯度，所以大氣中完全的熱力平衡是沒有的。但是在所有熱力不平衡的系統(tǒng)中，在一個宏觀小體積內(nèi)建立平衡的時間要短得很多。從這個事實出發(fā)，就可設想在大氣中存在如下狀態(tài)，在這個狀態(tài)中，氣體的每一體積元量有如處在熱力平衡狀態(tài)中(對這個體積溫度而言)，這樣的平衡稱局地熱力平衡。實際大氣中，在50公里以下可以認為大氣處在局地熱力平衡。26、黑體輻射27、普朗克定律十九世紀末葉，維恩導得了與實驗相符的黑體輻射的短波表達式，不久瑞利和琴斯又得出符合長波區(qū)的表達式，但是用經(jīng)典電磁理論獲得適合于黑體輻射所有波長的統(tǒng)一表達式都沒有成功。為解決這一困難，1900年普朗克假設輻射物質(zhì)的偶極子只能夠存在于分立的能態(tài)中，據(jù)此由實驗和數(shù)學導得了有名的普朗克公式，完滿地解釋了黑體輻射分布規(guī)律。對于物體溫度為T、波長為人的普朗克（黑體）分譜輻射公式為M(T)=2MC=q1入5(eh以kt-1)人5(eC2將-1)式中M人（T）（W-m-2中以-1）是黑體分譜輻射射出度（輻射通量密度），h=6.6262X10-27erg-s是普朗克常數(shù)，k=1.3806x10-16erg-K是玻爾茲曼常數(shù)，C1=3.7427X10-8w-Rm4?m-2、C2=1.4388x104Rm-K分別是第一和第二輻射常數(shù)。普朗克輻射亮度公式為2hc2入人5(ehc入kt—1)如果以頻率f表示為Bf(T)=c2(ehfKT—1)如果以波數(shù)表示為B(T)=ehcvKT-128、斯蒂芬一玻爾茲曼定律給出了某一波長人的黑體輻射率，對于整個波長范圍的黑體輻射，需將普朗克公式對波長從0T3進行積分，即由此可得M=兀B（T）=cT4式中?^5k4__?-_.q==k=5.6693X10-8（瓦?米-1?開-4）（4.43）15c2h3稱為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)。（4.42）式這是著名的斯蒂芬-玻爾茲曼定理，它表示了黑體的全波長輻射本領與溫度的四次方成正比。29、維恩位移定律如果將普朗克公式對波長求導，并令其為0，就得

dB(k,T)n:—=0血可以得人T=2897.8(pmK)(4.45)式就是維恩位移定律，其中入稱做光譜輻射峰值波長?？梢姡敽隗w溫度升高時，max最大輻射值朝短波方向移動。若已知黑體的溫度，就可以求出黑體在某一溫度的峰值波長;將入max代入普朗克式就得溫度為T時最大峰值波長入max處的最大輻射值如果太陽的有效溫度為T如果太陽的有效溫度為T=5777KC1京(eC2人maT-1)max則太陽輻射的最大峰值波長為人=05016四m如果地球的溫度為「'"九300K可以求得地球的最大輻射波長為人earth,max=^9^祖維恩和瑞利一琴斯輻射公式當波長為大于1毫米的微波區(qū)域，hf<<kT，則(4.38)式的分母展開為hf/KT,hf(hf/KT)2hfeh/KT=1+—++p1+—KT2!KT則得瑞利一琴斯輻射公式2f2B(f,T)=^—kT=8.278(-.001f)2Tc2以波長表示為-2Kc-B(X,T)=T=8278T/(100人)4人4計算表明，當hc/人KT<0.019時，用瑞利一琴斯輻射公式代替普朗克公式，其誤差小于1%，同時可以看到，輻射與溫度呈線性關系。(2)在可見光或紫外波段，于常溫下，XT很小，這時有eC2/尚—1-e-c2/團由此代入普朗克公式中，得維恩公式，寫為(4.50)B(X,T)=C1eC2Xt或是(4.51)B(f,T)=C1f3。-c^f/t31、質(zhì)量消光截面ky(單位質(zhì)量和單位截面)：(4.50)(4.51)ek考慮波長由X-X+辦的輻射Lk于立體角如、時間dt入射至氣層中截面為dA、長為ds的氣柱，由于介質(zhì)對輻射的吸收和散射，通過氣柱后輻射為L人+dLk,則氣柱對輻射能的衰減為(4.55)(Lk+d?)dAdg"、dAdgt=-kehPdsdAd①林則由于物質(zhì)對輻射的吸收和散射引起的衰減為dLk(吸收和散射)=-k/Nds(4.56)式中P是吸收介質(zhì)的密度，，它是質(zhì)量吸收截面和散射截面之和，寫為k.=k+k(4.57)ekaksk其中kka、kks分別是和。(4.55)32、質(zhì)量吸收截面33、質(zhì)量散射截面在介質(zhì)對輻射吸收和散射的同時，介質(zhì)要發(fā)射輻射，使通過氣柱的輻射增加，寫為dLk(發(fā)射)=jkpds(4.58)式中jk是質(zhì)量發(fā)射系數(shù)。由于介質(zhì)吸收輻射和發(fā)射輻射，所以輻射總的變化為.dLk=-kekpL^ds+jkpds(4.59)34、源函數(shù)JkTOC\o"1-5"\h\zJk=k/kek"。)則(4.56)式寫為dLf=-Lk+Jk⑷61)ek在局地熱力平衡的情形下，源函數(shù)Jk=Bk(T)，這時(4.58)式為dL\o"CurrentDocument"kPds"Lk電⑴⑷62)ek35、光學厚度定義點sf]之間介質(zhì)的光學厚度為七(s,s])=』'KkPds(4.63)s(4.64)則(4.59)式化為(4.65)則得(4.66)?L(七=-L(s)+B[T(s)]di%(s1,s)入入將(4.62)式兩邊乘以e-i%(si，s)，且進行一定運算后對厚度ds由0至s1積分-Ld{L(s)e-1%(si，s)}=jsiB[T(s)]e-1%E，s)di.(s,s)

0%(4.65)則得(4.66)由此得L(s)=L(0)e-1%(s「0)+jsiB[T(s)]e-1%?少k.pds(4.67)%1%0%%式中L%(sp為到達s1處的輻射，36、輻射的純吸收一布爾(Beer)定理當一束光譜輻射率為L%的單色輻射在有吸收、無散射的介質(zhì)中通過無窮小的距離ds后，輻射率L%的改變量為一dL%，它與吸收氣體的含量pds和入射輻射率L%成比例，即有(4.68)dL%=-ka%p(s)L%ds式中p(s)是光路s處吸收氣體的密度，k%是吸收氣體分譜質(zhì)量吸收系數(shù)，其量綱為厘米2a八克-1，ka%p(s)=kva%是體積吸收系數(shù)。如若介質(zhì)的厚度為si，則對上式由0TS]積分得(4.69)L%=L%0eXp[-j：ka%pds0式中、是輻射入射至s=0時的輻射率。%037、透過率定義透過率(4.68)(4.69)~T%f/L0=eXp(-1a%)=exp[-js1k%pds)=exp[-js1kv%dj(4.70)其中i.是吸收氣體的光學厚度。a%38、體積散射分布函數(shù)如果輻射L%(0.,。.)以立體角為ds(=sin0,d0d。.)入射至散射介質(zhì)體積元為dV處，若不計介質(zhì)對輻射的吸收，則從dv將入射輻射散射至給定方向④s三(0s,。s)的散射輻射寫為.d3L=y(①①)L(①)d①dVd%(4.71)%,sc%,scI,s%,III式中T*c0.，④s)稱為體積散射分布函數(shù)，它表示有多少L%(0.』.)輻射從入射輻射方向①,傳遞到散射輻射方向氣，它表示散射的方向特性。由(4.71)式，可寫為

d3L(①.,①)Y入,sc(?.qs)L人.(o.)do.dVdk39、體散射系數(shù)p^c和質(zhì)量散射系數(shù)’若將Y入sc(o.,o^)對所有散射方向os進行積分，就得到體散射系數(shù)P入sc,L人(0.』.)輻射從o.方向傳遞到所有os方向總的散射輻射，表示為’p人=JdL，scdo=Kpx，sco$L人dVdMs*c(4.72)它表示有多少(4.73)式中k堀為質(zhì)量散射系數(shù)，因而對于純散射介質(zhì)中輻射的減弱寫為(4.72)它表示有多少(4.73)*"XP-="xp-(4.74)40、體積發(fā)射系數(shù)如果已知Y入sc(o.,o，)就可計算在os方向上的單位體積的輻射強度，通常把這個強度叫做散射的體積發(fā)射系數(shù)JMsc(o?)，寫為jm(o)=JY入(o.,o)Ldo.(4.75),scs4冗,sc1s41它等價于在os方向上由來自所有方向的散射所產(chǎn)生的單元位長度的輻射率。41、散射輻射的源函數(shù)將以上定義的體積發(fā)射系數(shù)"sc(o?)與體積散射系數(shù)p序之比，定義為散射輻射的源函數(shù)，寫為JM(os)=jM,sc(os)/PM,sc(4.76)TOC\o"1-5"\h\z=J(K/A)Ldo(4.76)sc.人,sc人,sc人,1Isc4兀，，，42、散射角?如果對于入射輻射方向o，與散射輻射os之間的夾角叫做散射角0，43、相函數(shù)描述介質(zhì)對于入射輻射的散射輻射空間分布，引入相函數(shù)尸(cos0)表示，定義為尸(co0)=4Ksc(o.,os)/板sc5相函數(shù)為空間立體角4兀x體積散射分布函數(shù)Y旗c(o.,os)與體散射系數(shù)pM，sc之比值，相函數(shù)表示的是散射輻射的空間分布特性，是大氣散射射輻射中一個很重要的參量，后面章節(jié)中還要對此進一步描述。由(4.77)式"c=p^廣P(c00)(4.78)(4.71)式可以寫為一醫(yī)d3L^sc(①.，也)=4^，SCP(cos?)LX.(?.)d①.dVdk(4.79)或者為d3L.(①.,①)=-P(cos&)L.,(?.)d①.dVdX(4.80)人，scis4冗人,'i.式中dm是介質(zhì)的質(zhì)量。44、純散射輻射的傳輸方程由此，純散射輻射的傳輸方程為dL^=-k基PL人ds+土盧f2KPp(O,巾;"“)L人("“)sinO^dO^d^^ds(4.81)或為dL偵-肉LQs+LJ2Jp(O,奴0',帕L(O',e‘)sinOdOde’ds(4.82)人s人4兀oo入式中第一項是輻射在甘方向由于散射引起輻射的減少，而第二項則是由各方向的散射輻射入射至ds處體積元引起在甘方向輻射的加強。45、單次散射反照率定義單次反照率，寫為(~三』P(co卸)^^(4.83)04兀它表示在光束消光衰減中純散射占的那部分。因此單次反照率金也可以寫為0G)(J)=dT/dT0人s入’就=k/(k+k)(4.84)s入對于純散射而言，氣=1，為完全反射體。在各向同性的情況下，由(4.83)式得:氣=P(cos0)。當存在有吸收時，金＜1，則1-金表示對輻射的吸收。00如果對于太陽光的一次散射，散射至(日,柱方向的輻射可表示為%‘scP兀FP(日,。；日，。)e-T/、"=*兀FP(日,。；日，。)e-T/%(4.85)4兀0人sunsun仇0人sunsun式中廿°是入射至大氣頂?shù)妮椛?，P入(口,。;虬〃，虬〃)是太陽光一次散射相函數(shù)，e-t/%是太陽光方向的直接透過率，因此，兀F0e-t/項為入射至，高度處太陽直接輻射，這時乘上相函數(shù)P入3,農(nóng)、〃,虹)和齊就表示散射至(冉柱方向的輻射，其中P^J農(nóng)&〃〃,虹)為散射的~空間分布，而0表示在空間單位立體角內(nèi)對直接輻射的反射。4兀

三、光學厚度和透過率在某一波長上的分譜衰減系數(shù)為k人=勺,g，人（氣體的散射系數(shù)）+kag*（氣體吸收）+ksQ（氣溶膠散射）+kaa*（氣溶膠吸收）+ksc*（云散射）+kac*（云吸收）（4.86）如果輻射的入射角為。，則dz=cos9ds，光學厚度微分量為(4.87)(4.88)dT*=-k*cos9pds=一「pds式中cos9=日。光學厚度為t*=Jk*pdz=Js1k*ppds=Js1P*pdszss總的光學厚度以散射、吸收體光學厚度各分量之和，寫為(4.87)(4.88)T*=Ts,g,*（氣體的散射）+Ta,g,*（氣體吸收）+Ts,a,*（氣溶膠散射）+Taa*（氣溶膠吸收）+Tsc*（云散射）+Tac*（云吸收）（4.89）氣層透過率寫為~~~T*（總戶Tsg*（氣體的散射透過率）xTag*（氣體透過率）xTs,a,*（氣溶膠散射透過率）二~~XT（氣溶膠透過率）XTsc*（云散射透過率）xTac*（云透過率）（4.90）從（4.90）式看到總的大氣透過率為各透過率的乘積，稱之透過率的乘法規(guī)則。四、考慮吸收、多次散射和紅外輻射傳輸方程可見光到近紅外譜段的多次散射輻射傳輸方程如果將（4.68）式表示的純吸收、（4.81）式純散射和（4.85）式表示的一次散射合并成一式，可以得太陽光的多次散射輻射傳輸方程為日dL*（d：=-（k*sc+k*a）PL*（"，。）+*京P』L*（T；四挪'）P*（旦,奴四挪'即如，+**scP兀F0P*（.,［；_,。）e-T/已"（4.91）4兀0*sunsun或者以dT=-（k+k）pds代入，則0寫為**,sc*apdL*'d*'*"'=L*（t*m。）一*!L*（T*;K。'）P*（內(nèi)。；四挪’燈P'd。'*4兀do—益KF0P*（*，*；*sun，^sun）。十%（4.92）式中右邊第一項為輻射傳播方向上因吸收和散射對輻射的衰減，第二項是多次散射輻射項，第三項是對太陽輻射的一次散射，則太陽輻射的源函數(shù)分別為

(4.94)(4.95a)(4.95b)(4.95c)(4.95d)(4.96)4（%;此。）=J掰"S%（銜日,。）+J血c?（七M。）（4.93a）J掰"％（七；日，。）=一當J乙"七;W，"）PJ日,。;^(4.94)(4.95a)(4.95b)(4.95c)(4.95d)(4.96)4兀4兀doJ血％（%;四,耕-益兀F°P入（A。;-%,。Je-W%（4.93c）紅外譜段散射大氣的紅外輻射傳輸在紅外波段，如果大氣處于局地熱力平衡，則要考慮目標物發(fā)射輻射，則傳輸方程為日吟（；；四’巾）二匕h；A。）-京JL人0；此。）P",。；此”）dpd。-*兀F0P?。；-%，。Jee頃+（1—隊也⑺式中B入（T）是溫度為T的普朗克函數(shù)。此時源函數(shù)為［（t；日，。）=J頃土（t;日，。）+Jdirectx（^；四，6+Jemisx（T；四，。）J掰"％（T；日，。）=d0JL人（T;W,。'）P（四,。；W,。即用’doJdif（TM耕益兀"血,。；匕，虹）e*匕JemL\（t;—，。）=（1-（~）B（T）

人0人五、平面平行大氣的輻射傳輸方程在三維坐標系中，對于平面平行大氣輻射傳輸采用（z；e,巾）表示，寫為cos。"（Z'。"）_一乙化：e,。）+J（z：e,。）kpdz式中e是極角，。相對x軸的方位角，上式中為簡便見，略去輻射量的下標波長人，引入由大氣上界向下的垂直光學厚度t=Jkpdz'（4.97）Z則有—dL（:—，"）=-L（t：—,。）+J（t：—,。）（4.98）dt式中—=cose，（4.98）式成為以（T；—,。）為函數(shù)的平面平行大氣中有關多次散射的輻射傳輸基本方程。1、有限大氣層內(nèi)向上和向下的輻射亮度（1）有限大氣層內(nèi)向上輻射亮度

對于大氣層內(nèi)t高度處向上卻〉0）的輻射亮度，將（4.98）式乘以廠小，則有(4.99)(4.100)—?（t;四,。）°-t/日｝=——J（t;四,。）°-t/日dT日對（4.99）式由TTT］進行積分，則向上的輻射率為L（t;四,巾）=L（t1;四,0）e—（T!—T）/日+jT1J（Tf；四,0）e—（T，—T）/日—-（1>^>0）式中T，是T的積分參數(shù)；(4.99)(4.100)（2）有限大氣層內(nèi)向下輻射亮度對于大氣層內(nèi)T高度處向下（R<0）的輻射亮度，與上類似，只是用或代替R，并由0TT進行積分，得L（t;—日,時=L（0;—四,0）e-T/四+jTJ（';—日,?I-（T-T'）/四—T-0日（—1<r<0）（4.101）2、有限大氣層頂和底處向上和向下的輻射亮度有限大氣層頂處（T=0），由大氣發(fā)射的向下輻射亮度為0，只有向上的輻射亮度，由（4.100）式可以得L（0；四，。）=L（t；四，?）e-T1/四+』T1J（T，；p,?）e—T'/四邑（4.102）10P式中右邊第一項和第二項分別表示大氣底面和大氣層內(nèi)部發(fā)射的輻射。有限大氣層底處（T=T］），大氣向上輻射忽略不計，僅考慮向下大氣輻射，由（4.101）式得L（t;—p,?）=L（0；—p,?）e-T1/四+j"1J（T';—p,?）e-（T!-T'）/四—^（4.103）10P式中L（T］；-p,?）為大氣底層處的向下輻射，式中右邊第一項為入射大氣頂后透過整層大氣到達大氣低層的輻射，第二項為整層大氣發(fā)出的向下輻射。3、半無限大氣層內(nèi)T處向上、向下大氣輻射亮度（1）半無限大氣層內(nèi)T處的向上輻射亮度對于半無限大氣的頂部和底部，沒有向上和向下的漫輻射，即L（T］；p,?）=0和L（0；—p,?）=宇宙輻射因此在T處的向上輻射寫為L（t;P,?）=j8j（T';p,?）e-（t'-t"pdT（4.104）(2)半無限大氣層內(nèi)處的向下輻射對于半無限大氣c處的向下輻射寫為(4.105)L(t;-^,^)=L(0；—^,O)e-f巾+』"J(c‘；p,?)e-(T-T，)/四&式中L(c;-p,。)是半無限大氣c處的向下輻射，式中左邊第一項L(0；-p，O)e-卻是入射大氣頂并透過光學厚度c的輻射，式中左邊第二頂是c以上氣層發(fā)出的向下輻射。(4.105)第四節(jié)散射和反射輻射參數(shù)通過確定某一氣層的反射函數(shù)和透射函數(shù)表達氣層的多次散射，有時要比求解輻射傳輸方程更方便，物理含義更明顯。下面介紹有關這些函數(shù)的基本定義。1.反射函數(shù)和透射函數(shù)反射函數(shù)和透射函數(shù)可以通過下面的式子來定義：L(0,p,。)=—卜』版(p,e；p,”)L(-p,”川0p0"(4.106)r兀0l(c,p,e)=-AD(p,e；p‘,e‘l(-p',e‘川加用’(4.107)兀000式中(p‘,e‘)是入射大氣頂?shù)妮椛浞较颍?p；e)是氣層對輻射的反射方向;l0(-p‘,e‘)是入射至散射層頂部的向下陽光輻射，r(p,e；p‘,e‘)所定義的反射函數(shù)，它表示整層氣層對向下的輻射的反射輻射；t(p,e；p‘,e‘)是所定義的氣層的透射函數(shù),Lr(o,p,e)是大氣頂?shù)姆瓷漭椛?A(ci,p,e)是透過氣層的透射輻射。實際上，對于太陽光的方向只需用單一方向近似就足夠了，寫成(4.108)L0(-p，e)=5(p-po)8(。―咔)廿°式中8是狄拉克8函數(shù)，兀％是垂直于太陽光束的入射太陽輻射通量密度。這時由(4.106)、(4.107)式得反射函數(shù)和透射函數(shù)為r(p,e；p°,e°)斗(0,p,e)/(p°f0)(4.109)t(p,e；p°,e°)=Lt(c1,-p,e)/(pof0)(4.110)式中Lt(c1,-p,巾)代表漫透射強度，它沒有包括直接透射太陽輻射兀F°e-cJp0。(4.108)2、局地的反射比r(行星反照率或局地反射比)和漫透射比t反射比：定義為大氣頂處反射通量密度與入射通量密度之比。寫為r(p°)="f=-J2”』R(p,e；p°,虬)pdpde(4』11)0兀p0F0兀oo00

式中Ff(0)為大氣頂?shù)南蛏下椛洌0F0是入射輻射通量密度。當反射函數(shù)與方位無關時，反射比為(4.112)(4.113)r(H0)==2』次(H,H0)HdH(4.112)(4.113)漫透射比：定義為大氣底處透過的漫輻射與入射通量密度之比，寫為t(口0)=^^=7昌"(H，如口0，。。加岫式中F土(t)是大氣層底處的漫透射輻射。當透射與方位無關時，透射比可以寫為dif1(4.114)t(口0)==2』T(四,口0)岫(4.114)直接透射比：定義為大氣底處透過的直接輻射與入射輻射之比，寫為tdir(4.115)tdir3、球面(全球)反照率r和漫透射比tdif對于整個行星而言，太陽光相對于行星上各點的天頂角是不同的，因而在考慮整個行星的反照率、漫透射比等時需計及太陽天頂角的作用。(1)球面(全球)反照率：定義為整個行星反射的能量與入射至行星上的能量之比。首先，對于半徑為a的行星截得的太陽輻射能量為(行星截面積)X(入射至行星處的太陽能量密度)。其次，如圖4.6中，現(xiàn)考察半徑為a，、厚度為da'的圓環(huán)，又若行星的局地反射率為，則些圓環(huán)反射的能量通量為r(H0)圖4.6定義球反照率的幾何圖兀F02兀a'da';由于a'=asin00，da'=acos00d00，則通量又寫為2兀a2兀F°r(H0射率為，則些圓環(huán)反射的能量通量為r(H0)圖4.6定義球反照率的幾何圖f個(0)=2兀a2兀F0J\(H0)H0dH0(4-116)因而球面反照率寫為r=fF=2〃(H0)H0dH0(4.117)(2)全球漫透射比tdif:定義為透射至行星表面與入射行星上的輻射能量比。與上類似可以得(4.118)=2『t(H0)H0dH0(4.118)（3）直接透射比：定義為透射至行星表面的直接輻射能量與入射行星上的輻射能比。寫為td.=2』1e-”i%四0如0（4.119）（4）全球吸收比：定義為被行星吸收的輻射與入射至行星輻射能的比值，寫為a=1—r（4.120）（5）表觀反照率在大氣頂處測量到的反射太陽輻射，估算的反照率稱表觀反照率。如果大氣頂測量到的輻射率為L（七，氣；匕項，），則表觀反照率定義為r*（0,0;^—^）=兀L（0,0；^—^）/EH（4.121）vsunvsunvsunvsun0sun式中0v是觀測角，0頓、^un是太陽的入射角和方位角，E0是大氣頂?shù)奶栞椪斩?，表觀反照率的意義類似于亮度溫度，表示當將衛(wèi)星測量的輻射看成是由地表反射的。而實際衛(wèi)星測量的輻射為地面反射和大氣反射兩部分之和。4、散射函數(shù)和漫透射函數(shù)為描述散射和透射場，Chandrasekhar（1950）定義了散射函數(shù)和（漫射）透射函數(shù)。（1）散射函數(shù)：對于光學厚度為t卜的有限大氣的漫射輻射寫為L（0,四,。）=—^J咨奧（目,^;四',世）L（或',世）dp'd世（4.122）r4叫000將（4.108）式代入到（4.122）式中，散射函數(shù)表示為S（此止1%,虬）=（4四/F0）Lr（0,四,@）（4.123）（2）透射函數(shù)：與上相似，對于光學厚度為t/勺有限大氣的的透射輻射寫為L（0,日,巾）=1j2”』T（R,^;四',世）L（—目',世）p'dp'd世（4.124）'4叫00c0將（4.108）式代入到（4.124）式中，透射函數(shù)為Tc=（4WF0）Lt（t「-此巾）（4.125）九、相函數(shù)和不對稱因子1、相函數(shù)在上面討論純散射問題中，已引入了相函數(shù)，它是考慮散射問題中的一個基本函數(shù)。由于粒子對光的散射常常在空間是各向異性分布，為了描述粒子對光散射的這種各向異性的空間角分布，引入相函數(shù)P人（cos0），它是散射角的函數(shù)。所謂散射角0是入射光方向與散射光方向之間的夾角。相函數(shù)P入(四,4;L帕也可以用入射光方向(^',妒)和散射光方向(日,4)來表示。如果相函數(shù)P入(|1,北(T,妒)被4兀除，這時它表示的是入射輻射I人(、,0)被散射到(日,4)方向上的比值，因此相函數(shù)是一個無量綱數(shù)。而且相函數(shù)是歸一化的，即散射相函數(shù)定義為4-\P(co@)dQa=1(4.126)或者為WJ2兀#P(co@)siI0d0d4=1(4.127)其中dQ廣siI