第七章大氣遙感應(yīng)用專(zhuān)題

第七章大氣遙感應(yīng)用專(zhuān)題第一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一部分大氣遙感基本常識(shí)第二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.溫室效應(yīng)Greenhouseeffect，俗稱大氣保溫效應(yīng)。大氣能使太陽(yáng)短波輻射到達(dá)地面，但地表向外放出的長(zhǎng)波熱輻射線卻被大氣吸收，即大氣通過(guò)對(duì)輻射的選擇吸收而防止地表熱能耗散的效應(yīng)。使地表與低層大氣溫度增高。大氣的這種增強(qiáng)向下輻射的作用與溫室玻璃屋頂和回壁的作用有相似之處，故名溫室效應(yīng)。第三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四產(chǎn)生由來(lái)：主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)過(guò)多燃燒煤炭、石油和天然氣，大量排放尾氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入大氣造成的。人類(lèi)活動(dòng)和大自然還排放其他溫室氣體，如：氯氟烴（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物氣體。地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陸地上的森林，尤其是熱帶雨林。第四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四溫室效應(yīng)簡(jiǎn)略圖第五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四溫室效應(yīng)影響第六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.沙塵暴沙塵暴(sandduststorm)是沙暴

(sandstorm)和塵暴(duststorm)兩者兼有的總稱，是指強(qiáng)風(fēng)把地面大量沙塵物質(zhì)吹起并卷入空中，使空氣特別混濁，水平能見(jiàn)度小于一百米的嚴(yán)重風(fēng)沙天氣現(xiàn)象。其中沙暴系指大風(fēng)把大量沙粒吹入近地層所形成的挾沙風(fēng)暴；塵暴則是大風(fēng)把大量塵埃及其它細(xì)粒物質(zhì)卷入高空所形成的風(fēng)暴。第七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四北京沙塵暴美國(guó)一次黑風(fēng)暴第八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四沙塵天氣分為浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴和強(qiáng)沙塵暴四類(lèi)。

浮塵：塵土、細(xì)沙均勻地浮游在空中，使水平能見(jiàn)度小于10公里的天氣現(xiàn)象；

揚(yáng)沙：風(fēng)將地面塵沙吹起，使空氣相當(dāng)混濁，水平能見(jiàn)度在1公里至10公里以內(nèi)的天氣現(xiàn)象；

沙塵暴：強(qiáng)風(fēng)將地面大量塵沙吹起，使空氣很混濁，水平能見(jiàn)度小于1公里的天氣現(xiàn)象；

強(qiáng)沙塵暴：大風(fēng)將地面塵沙吹起，使空氣模糊不清，渾濁不堪，水平能見(jiàn)度小于500米的天氣現(xiàn)象。第九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四沙塵暴產(chǎn)生原因有利于產(chǎn)生大風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)的天氣形勢(shì),有利的沙、塵源分布和有利的空氣不穩(wěn)定條件是沙塵暴或強(qiáng)沙塵暴形成的主要原因。強(qiáng)風(fēng)是沙塵暴產(chǎn)生的動(dòng)力，沙、塵源是沙塵暴物質(zhì)基礎(chǔ)，不穩(wěn)定的熱力條件是利于風(fēng)力加大、強(qiáng)對(duì)流發(fā)展，從而夾帶更多的沙塵，并卷?yè)P(yáng)得更高。第十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.中層大氣中層大氣一般指高度介于10—100km的大氣層，包括大氣分層中的對(duì)流層上部和對(duì)流層頂、平流層頂、中間層及中間層頂、以及低熱層，其主體部分為平流層和中間層。平流層與對(duì)流層之間的物質(zhì)輸送和混合(Tropospheretostratosphereexchange,STE)是控制自然和人為排放的化學(xué)痕量物質(zhì)對(duì)大氣成分影響的一個(gè)重要過(guò)程。STE可以影響溫室氣體在上對(duì)流層和下平流層中的垂直分布,進(jìn)而影響氣候。第十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四對(duì)流層頂tropopause對(duì)流層與平流層之間的過(guò)渡層，其厚度為數(shù)百米到1～2公里，其高度隨緯度和季節(jié)變化很大，一般來(lái)說(shuō)，熱帶高于極地，夏季高于冬季，白天高于夜間。對(duì)流層頂?shù)闹饕卣魇菤鉁氐拇怪边f減率變小或成等溫、甚至成逆溫型。低緯度對(duì)流層頂?shù)臍鉁仄骄s為-83℃，而高緯度卻較高，約為-53℃。對(duì)流層頂對(duì)氣流的上升運(yùn)動(dòng)有阻擋作用，往往使很厚的積雨云頂被迫平衍成砧狀，使水汽凝結(jié)物和塵埃微粒等集聚于其下，因而對(duì)流層頂下面的能見(jiàn)度惡化。

第十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四平流層和中層大氣主要研究進(jìn)展(1)平流層和中層大氣探測(cè)設(shè)施與探測(cè)方法;(2)大氣臭氧、平流層氣溶膠的監(jiān)測(cè)與分析;(3)行星波在中層大氣環(huán)流與大氣臭氧分布中的作用;(4)重力波在中層大氣的傳播特征與作用;(5)平流層一對(duì)流層交換的動(dòng)力物理與化學(xué)問(wèn)題。第十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.城市熱島效應(yīng)UrbanHeatIslandEffect城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象。在近地面溫度圖上，郊區(qū)氣溫變化很小，而城區(qū)則是一個(gè)高溫區(qū)，就象突出海面的島嶼，由于這種島嶼代表高溫的城市區(qū)域，所以就被形象地稱為城市熱島。城市熱島效應(yīng)使城市年平均氣溫比郊區(qū)高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地區(qū)的氣溫有時(shí)甚至比郊區(qū)高出6°C以上。此外，城市密集高大的建筑物阻礙氣流通行，使城市風(fēng)速減小。由于城市熱島效應(yīng)，城市與郊區(qū)形成了一個(gè)晝夜相反的熱力環(huán)流。第十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四主要原因存在許多人為的熱源和污染源，如工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及居民生活等燒各種燃料，向外排放的大量熱量。受城市下墊面特性的影響。城市內(nèi)有大量的人工構(gòu)筑物，如混凝土、柏油路面，各種建筑墻面等，改變了下墊面的熱力屬性，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，在相同的太陽(yáng)輻射條件下，它們比自然下墊面（綠地、水面等）升溫快，因而其表面溫度明顯高于自然下墊面。第十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四5.全球變化globalchange全球變化學(xué)是研究地球系統(tǒng)整體行為的一門(mén)科學(xué)。它把地球的各個(gè)層圈（如大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈）作為一個(gè)整體，研究地球系統(tǒng)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的變化規(guī)律和控制這些變化的原因和機(jī)制，從而建立全球變化預(yù)測(cè)的科學(xué)基礎(chǔ)，并為地球系統(tǒng)的管理提供科學(xué)依據(jù)。全球變化學(xué)的理論基礎(chǔ)是地球系統(tǒng)科學(xué)（Earthsystemscience），它是研究地球系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用，以及發(fā)生在地球系統(tǒng)內(nèi)的物理、化學(xué)和生物過(guò)程之間的相互作用的一門(mén)新興學(xué)科。第十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四全球變化學(xué)現(xiàn)階段主要研究?jī)?nèi)容：

（1）全球大氣化學(xué)與生物圈的相互作用。主要研究全球大氣化學(xué)過(guò)程是如何調(diào)制的？生物過(guò)程在產(chǎn)生和消耗微量氣體中作用，預(yù)報(bào)自然和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣化學(xué)成分變化的影響。（2）全球海洋通量研究。主要研究海洋生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)氣候的影響，及其對(duì)氣候變化的影響。

（3）全球水文循環(huán)過(guò)程的生物學(xué)特征。主要研究植被與水循環(huán)物理過(guò)程的相互作用。

（4）全球變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。主要研究氣候、大氣成分變化和土地利用類(lèi)型變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的影響及其對(duì)氣候的反饋。

（5）全球變化史的研究。重建2000年來(lái)，以及一個(gè)完整冰期一間冰期循環(huán)的全球環(huán)境變化，了解它們與地球內(nèi)部或外部作用力的關(guān)系。第十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四主要的研究手段和技術(shù)路線：（1）發(fā)展全球分析和模擬。借助于全球模式來(lái)定量分析地球系統(tǒng)內(nèi)物理、化學(xué)和生物過(guò)程的相互作用，估計(jì)未來(lái)變化的可能影響。（2）建立全球資料和信息系統(tǒng)。建立全球變化研究需要的全球資料和信息的處理，貯存、交流系統(tǒng)，特別要發(fā)展全球變化的空間遙感觀測(cè)能力和資料的處理能力。（3）建立區(qū)域研究中心。在全球的代表性生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域，主要在發(fā)展中國(guó)家建立全球變化的區(qū)域研究中心。它們的功能是生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、特殊問(wèn)題的試驗(yàn)研究、科學(xué)技術(shù)人員的培訓(xùn)以及區(qū)域資料交換等。因此，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)及其他各種先進(jìn)科學(xué)儀器和設(shè)備，在全球變化的監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)和模擬等方面的應(yīng)用能力，以及物理學(xué)理論和方法在全球變化研究中的應(yīng)用能力。起著非常重要的作用。第十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四6.陽(yáng)傘效應(yīng)umbrellaeffect

由氣溶膠的輻射特性引起的地面冷卻效應(yīng)。類(lèi)似于遮陽(yáng)傘，故稱為“陽(yáng)傘效應(yīng)”。懸浮在大氣中的氣溶膠顆粒一方面將部分太陽(yáng)入射輻射反射回宇宙空間，削弱了到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能，增加行星反照率，使地面接收的太陽(yáng)能減少；另一方面某些吸濕性的粒子有作為凝結(jié)核，促使周?chē)谒厦婺Y(jié)，導(dǎo)致低云、霧的增多，改變?cè)频墓鈱W(xué)特征和壽命，使云的反照率增加，同樣具有減少入射輻射，使地面和底層大氣的溫度降低的作用。“陽(yáng)傘效應(yīng)”在北半球表現(xiàn)的最為明顯，其原因在于本地區(qū)較高的工業(yè)化程度和由此產(chǎn)生的空氣污染。第十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四陽(yáng)傘效應(yīng)和氣溶膠氣候效應(yīng)“陽(yáng)傘效應(yīng)”體現(xiàn)了氣溶膠氣候效應(yīng)的一個(gè)方面。整個(gè)大氣是一個(gè)氣溶膠系統(tǒng)。如：火山灰，海水浪花飛濺的鹽分，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和植被破壞等造成許多灰塵由地面進(jìn)入大氣環(huán)境。第二十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.霧fog在水氣充足、微風(fēng)及大氣層穩(wěn)定的情況下，如果接近地面的空氣冷卻至某程度時(shí)，空氣中的水氣便會(huì)凝結(jié)成細(xì)微的水滴懸浮于空中，使地面水平的能見(jiàn)度下降，這種天氣現(xiàn)象稱為霧。霧的出現(xiàn)以春季二至四月間較多。凡是大氣中因懸浮的水汽凝結(jié)，能見(jiàn)度低于1千米時(shí)，氣象學(xué)稱這種天氣現(xiàn)象為霧。第二十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四霧的形成與種類(lèi)霧形成的條件：一是冷卻，二是加濕，增加水汽含量。霧的種類(lèi)：1、輻射霧

2、平流霧3、混合霧4、蒸發(fā)霧5、煙霧第二十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四8.能見(jiàn)度VISVisibility是反映大氣透明度的一個(gè)指標(biāo)，航空界定義為具有正常視力的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下還能夠看清楚目標(biāo)輪廓的最大距離。能見(jiàn)度和當(dāng)時(shí)的天氣情況密切相關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過(guò)程時(shí)，大氣透明度較低，因此能見(jiàn)度較差。測(cè)量大氣能見(jiàn)度一般可用目測(cè)的方法，也可以使用大氣透射儀、激光能見(jiàn)度自動(dòng)測(cè)量?jī)x等測(cè)量?jī)x器測(cè)量。第二十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.大氣觀測(cè)選址中應(yīng)考慮的因素地面大氣觀測(cè)場(chǎng)是取得地面氣象資料的主要場(chǎng)所，其選址應(yīng)遵循：（1）應(yīng)設(shè)在較好地反映本地較大范圍的氣象要素特點(diǎn)的地方，避免局部地形的影響。（2）觀測(cè)場(chǎng)四周必須空曠，避免建在高大建筑物的旁邊（3）同時(shí)應(yīng)避開(kāi)地方性霧，煙等大氣污染嚴(yán)重的地方。（4）觀測(cè)場(chǎng)四周障礙物的影子應(yīng)不會(huì)投射到日照或輻射觀測(cè)儀器的受光面上，且場(chǎng)地附近無(wú)反射陽(yáng)光強(qiáng)的物體。（5）應(yīng)選在城市或工礦區(qū)最多風(fēng)向的上風(fēng)向。第二十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四成都信息工程學(xué)院觀測(cè)場(chǎng)第二十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二部分大氣遙感應(yīng)用專(zhuān)題第二十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Ⅰ.激光雷達(dá)第二十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四一.基本原理LiDAR(LightLaserDetectionandRanging)，是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。用激光器作為輻射源的雷達(dá)。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。由發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機(jī)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡；接收機(jī)采用各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見(jiàn)光多元探測(cè)器件等。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法分直接探測(cè)與外差探測(cè)。第二十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四示意圖第二十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.基本方程激光雷達(dá)是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達(dá)系統(tǒng)，其作用是能精確測(cè)量目標(biāo)位置（距離和角度）、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、振動(dòng)和姿態(tài)）和形狀，探測(cè)、識(shí)別、分辨和跟蹤目標(biāo)。激光雷達(dá)基本方程為第三十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四其中，為激光雷達(dá)回波功率，Pt為發(fā)射功率；C為儀器因子，Ar為望遠(yuǎn)鏡接收截面；和分別為體后向散射系數(shù)和體消光系數(shù)，并且該兩者能唯一地聯(lián)系起來(lái)；距離r是時(shí)間t的函數(shù)。第三十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四三.大氣遙感激光雷達(dá)以激光為工具對(duì)大氣物理化學(xué)等特性進(jìn)行遙感測(cè)量的原理和方法。根據(jù)其探測(cè)原理不同，可將激光雷達(dá)分為如下幾類(lèi)：第三十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第三十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四大氣遙感激光雷達(dá)的分類(lèi)及用途第三十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四激光雷達(dá)方程的求解激光雷達(dá)接收到的是回波能量，一般借助于求解激光雷達(dá)方程來(lái)得到我們需要的參量。對(duì)Mie散射激光雷達(dá)而言,常用的求解方法有Collis斜率法、Fernald方法以及Klett方法。第三十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Ⅱ.氣溶膠第三十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四一.基本性質(zhì)Aerosol粒子半徑0.001-100氣溶膠是液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系。作為水滴和冰晶的凝結(jié)核、太陽(yáng)輻射的吸收體和散射體，并參與各種化學(xué)循環(huán)，是大氣的重要組成部分。分類(lèi)埃根核大粒子巨粒子第三十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四氣溶膠來(lái)源氣溶膠按其來(lái)源可分為一次氣溶膠（以微粒形式直接從發(fā)生源進(jìn)入大氣）和二次氣溶膠（在大氣中由一次污染物轉(zhuǎn)化而生成）兩種。它們可以來(lái)自被風(fēng)揚(yáng)起的細(xì)灰和微塵、海水濺沫蒸發(fā)而成的鹽粒、火山爆發(fā)的散落物以及森林燃燒的煙塵等天然源也可以來(lái)自化石和非化石燃料的燃燒、交通運(yùn)輸以及各種工業(yè)排放的煙塵等人為源第三十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.氣溶膠的輻射特性及其氣候環(huán)境效應(yīng)氣溶膠對(duì)氣候和環(huán)境的輻射效應(yīng)演研究基本上是20世紀(jì)90年代開(kāi)始的,主要包含兩部分內(nèi)容:一是不同地區(qū)氣溶膠對(duì)周?chē)h(huán)境的輻射效應(yīng)研究,主要局限于局地范圍和特定的氣溶膠類(lèi)型二是氣溶膠氣候效應(yīng)的模式研究,主要從局域和全球尺度對(duì)氣溶膠的氣候效應(yīng)進(jìn)行模擬研究,以闡明氣溶膠對(duì)氣候變化的影響。第三十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四

氣溶膠的輻射強(qiáng)迫作用包括直接輻射強(qiáng)迫和間接輻射強(qiáng)迫作用。氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和散射會(huì)改變地球大氣系統(tǒng)的行星反照率,從而影響到地氣系統(tǒng)的能量平衡;大氣氣溶膠還起到云凝結(jié)核的作用;大量的氣溶膠顆粒有可能使云滴的數(shù)密度增加,云滴的平均半徑變小,這有可能使云對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率增加或使云的維持時(shí)間加長(zhǎng),甚至使降水減少。第四十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四人類(lèi)活動(dòng)造成的對(duì)流層氣溶膠所產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫是氣候變化的一個(gè)重要貢獻(xiàn)者。硫酸鹽氣溶膠和含碳?xì)馊苣z，兩類(lèi)氣溶膠在氣候變化研究中具有特殊的重要性。如研究表明：以黑炭吸收為主產(chǎn)生的增溫效應(yīng)，稱為氣溶膠正強(qiáng)迫作用；而硫酸鹽氣溶膠則相反，其降溫作用，稱為氣溶膠負(fù)強(qiáng)迫作用。第四十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四三.氣溶膠的光學(xué)特性包括：氣溶膠的光學(xué)厚度、粒子尺度譜分布、折射率（實(shí)數(shù)虛部）、消光系數(shù)垂直分布、單次散射反照率、散射相函數(shù)后兩者可在前四個(gè)參數(shù)基礎(chǔ)上推導(dǎo)而出。第四十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四例1太陽(yáng)光度計(jì)——地基遙感CE318太陽(yáng)光度計(jì)反演氣溶膠光學(xué)厚度和粒子尺度譜分布第四十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四例2空間遙感氣溶膠光學(xué)厚度從星載探測(cè)器、探測(cè)目標(biāo)(地球表面或大氣)和信號(hào)源(太陽(yáng)輻射、地球/大氣輻射等)位置的幾何關(guān)系來(lái)分，衛(wèi)星探測(cè)有三種主要探測(cè)方式:下視對(duì)地觀測(cè)、臨邊探測(cè)和掩星探測(cè)。其中，臨邊探測(cè)是實(shí)現(xiàn)大氣成分探測(cè)的一種重要探測(cè)方式，它具有很高的垂直分辨率，并能有效避開(kāi)復(fù)雜地表和對(duì)流層云和雨等強(qiáng)信號(hào)的干擾。第四十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四OverviewofsatelliteobservationsgeometriesMeasuredsignal:ReflectedandscatteredsunlightMeasuredsignal:DirectlytransmittedsolarradiationMeasuredsignal:Scatteredsolarradiation第四十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四（1）臨邊探測(cè)limbscanEarthx1x2x3x4x5(TH1)(TH2)(TH3)(TH4)(TH5)

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?Sun第四十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四臨邊探測(cè)特點(diǎn)垂直分辨率高衛(wèi)星接收的輻射來(lái)至大氣，不受下墊面影響由于大氣中低層的透過(guò)率很小，該方法適用探測(cè)大氣上層的微量氣體和溫度分布；以及平流層氣溶膠消光系數(shù)廓線具有較大的水平覆蓋第四十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四局限性由于高空云的存在，限制了大氣探測(cè)的可靠性臨邊探測(cè)，大氣折射率因子不容忽視，增加了反演的復(fù)雜性第四十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）衛(wèi)星儀器空間探測(cè)向上天空亮度信息反演AOD（如MODIS等），但由于各類(lèi)地物反照率復(fù)雜，雖可以提供大范圍氣溶膠參數(shù)，但精度不夠。第四十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四例3曙暮光法探測(cè)方法利用日出或日落的太陽(yáng)光照信息反演?？捎脕?lái)遙感中高層大氣結(jié)構(gòu)（如O3、NO2）和平流層氣溶膠消光系數(shù)和濃度等。它反映高層大氣的散射特性第五十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四曙暮光法示意圖第五十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Ⅲ.臭氧第五十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四一.臭氧基本特性ozonelayer第五十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四大氣臭氧層主要有三個(gè)作用保護(hù)作用，臭氧層能夠吸收太陽(yáng)光中的波長(zhǎng)306.3μm以下的紫外線，主要是一部分UV—B(290～300μm)和全部的UV—C(波長(zhǎng)＜290μm），保護(hù)地球上的人類(lèi)和動(dòng)植物免遭短波紫外線的傷害。加熱作用，臭氧吸收太陽(yáng)光中的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能加熱大氣，使大氣溫度結(jié)構(gòu)在高度50km左右有一個(gè)峰，地球上空15～50km存在著升溫層。大氣的溫度結(jié)構(gòu)對(duì)于大氣循環(huán)具有重要的影響，這一現(xiàn)象的起因也來(lái)自臭氧的高度分布。為溫室氣體的作用，在對(duì)流層上部和平流層底部，即在氣溫很低的這一高度，臭氧的作用同樣非常重要。如果這一高度的臭氧減少，則會(huì)產(chǎn)生使地面氣溫下降的動(dòng)力。因此，臭氧的高度分布及變化是極其重要的。第五十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四臭氧洞是指一地區(qū)高層大氣中臭氧含量比周邊其他地區(qū)的大為減少的現(xiàn)象。平流層爆發(fā)性增溫SSWStratosphericSuddenWarming第五十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四例1臭氧總量及濃度的探測(cè)方法一地基Dobson分光光度計(jì)探測(cè)臭氧總量英1931科學(xué)家陶普生研制采用接收太陽(yáng)直射光或散射的天頂光來(lái)測(cè)量大氣中的臭氧含量。第五十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Dobson’sspectrophotometerIQuartzplatesAdjustablewedgeFixedslitsPrismsDetector: photomultiplier Org.photographicplate第五十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Dobson’sspectrophotometerIINameWL1[nm]WL2[nm]A305.5325.4B308.8329.1C311.45332.4D317.6339.8C’332.4453.6LongestexistingozonetimeseriesUsedwavelengthpairs第五十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四方法二衛(wèi)星遙感臭氧紫外后向散射光譜儀臨邊探測(cè)技術(shù)第五十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四BackscatterUVOzonemeasurementsISolarUVradiationreflectedfromthesurfaceandbackscatteredbyatmosphereorcloudsisabsorbedbyozoneintheHartley-Hugginsbands(<350nm)

Note:

mostozoneliesinthestratosphere

mostofthebackscatteredUVradiationcomesfromthetroposphere

littleabsorptionbyozoneoccursinthetroposphere

littlescatteringoccursinthestratosphere

radiationreachingthesatellitepassesthroughtheozonelayertwiceBackscatterUVmeasurementsallowretrievaloftotalO3columnsandalsoverticalprofiles,butwithpoorverticalresolution(7–10km)MeasureO3slantcolumnanduseRadiativetransfermodeltoconverttoverticalcolumn第六十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Examples:BUV(BackscatterUltraviolet)instrumentonNimbus4,1970-1977SBUV(SolarBackscatterUltraviolet)instrumentonNimbus7,operatedfrom1978to1990SBUV/2(SolarBackscatterUltraviolet2)instrumentontheNOAApolarorbitersatellites:NOAA-11(1989-1994),NOAA-14(in

orbit)

canmeasureozoneprofilesaswellascolumns

TOMS(TotalOzoneMappingSpectrometer)

firstonNimbus7,operatedfrom1978to1993.Thenthreesubsequentversions:Meteor3(1991-1994),ADEOS(1997),EarthProbe(1996-).Measurestotalozonecolumns.GOME(GlobalOzoneMonitoringExperiment)

launchedonESA'sERS-2satellitein1995

employsanadir-viewingBUVtechniquethatmeasuresradiancesfrom240to793nm.MeasuresO3columnsandprofiles,aswellascolumnsofNO2,H2O,SO2,BrO,

OClO.BackscatterUVOzonemeasurementsII第六十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四方法三

差分吸收激光雷達(dá)DifferentialabsorptionlidarDIAL利用氣體在兩個(gè)波長(zhǎng)的吸收性質(zhì)，并要求一個(gè)可調(diào)諧激光器來(lái)產(chǎn)生所研究波長(zhǎng)的吸收線峰值和低吸收譜區(qū)的第二波長(zhǎng)。第六十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四Ⅳ.GPS大氣遙感第六十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四一.美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)量：由24顆衛(wèi)星組成；軌道：高度約20200公里，分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上；精度：約為10米；用途：軍民兩用；第六十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖第六十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置.GPS定位系統(tǒng)包括三大部分：空間部分—GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分—GPS信號(hào)接收機(jī)。第六十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.GPS遙感大氣可降水量20世紀(jì)90年代以來(lái),GPS定位技術(shù)在大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、大氣探測(cè)、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和自然災(zāi)害的預(yù)報(bào)、防治等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái),運(yùn)用GPS技術(shù)對(duì)地球大氣層進(jìn)行遙感和探測(cè),從而估算大氣水汽總量技術(shù)的迅速發(fā)展,形成了一門(mén)極具潛力、實(shí)用價(jià)值很大的新型大氣探測(cè)技術(shù)GPS氣象學(xué)(GPSMeteorology,簡(jiǎn)寫(xiě)為GPS/Met)。GPS/Met屬于前沿性、多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域,其研究已成為GPS應(yīng)用的熱點(diǎn)方向之一。第六十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四探測(cè)原理GPS衛(wèi)星發(fā)射的微波信號(hào)在穿過(guò)大氣層時(shí)要受到大氣的折射而延遲,因而可用GPS技術(shù)以遙感的方式對(duì)這種延遲進(jìn)行監(jiān)測(cè)以反演大氣折射率,進(jìn)一步探測(cè)大氣參數(shù),如：大氣綜合水汽含量(IWV.IntegratedWaterVapor)或?qū)α鲗哟髿馑偭?PW.PrecipitableWater也稱為PWV.PotentialWaterVapor,即可降水量)。第六十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四GPS分類(lèi)依據(jù)遙感探測(cè)GPS接收機(jī)所處的位置,定義不同的技術(shù)方法。GPS遙感大氣水汽含量的技術(shù)一般分為兩類(lèi)一把GPS接收機(jī)放置在靜止的地球表面上接收GPS衛(wèi)星訊號(hào),以連續(xù)地對(duì)地球大氣參數(shù)(主要是綜合水汽或可降水量)進(jìn)行測(cè)量,稱為地基GPS氣象遙感技術(shù);二將GPS接收機(jī)放置在低軌人造衛(wèi)星上接受GPS衛(wèi)星訊號(hào),采用掩星法對(duì)氣象參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,稱為空基GPS氣象遙感技術(shù)。第六十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四例1.地基GPS探測(cè)PWVGPS無(wú)線電信號(hào)在穿越電離層和大氣層時(shí),其速度會(huì)變慢,造成地面接收機(jī)對(duì)接收GPS信號(hào)的時(shí)間延遲。由于電離層對(duì)無(wú)線電信號(hào)的延遲與頻率無(wú)關(guān),所以可以使用雙頻GPS接收機(jī)確定電離層引起的信號(hào)時(shí)延。這種時(shí)延僅與大氣的構(gòu)成成份有關(guān),即與干空氣和水汽含量有關(guān)。在地基GPS