第七章大氣遙感應(yīng)用專題

第七章大氣遙感應(yīng)用專題第1頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月第一部分大氣遙感基本常識第2頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.溫室效應(yīng)Greenhouseeffect，俗稱大氣保溫效應(yīng)。大氣能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但地表向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，即大氣通過對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3頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生由來：主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、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。人類活動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4頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月溫室效應(yīng)簡略圖第5頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月溫室效應(yīng)影響第6頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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7頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月北京沙塵暴美國一次黑風(fēng)暴第8頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月沙塵天氣分為浮塵、揚沙、沙塵暴和強沙塵暴四類。

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

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

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

強沙塵暴：大風(fēng)將地面塵沙吹起，使空氣模糊不清，渾濁不堪，水平能見度小于500米的天氣現(xiàn)象。第9頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月沙塵暴產(chǎn)生原因有利于產(chǎn)生大風(fēng)或強風(fēng)的天氣形勢,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沙塵暴形成的主要原因。強風(fēng)是沙塵暴產(chǎn)生的動力，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、強對流發(fā)展，從而夾帶更多的沙塵，并卷揚得更高。第10頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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流層上部和對流層頂、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)對大氣成分影響的一個重要過程。STE可以影響溫室氣體在上對流層和下平流層中的垂直分布,進(jìn)而影響氣候。第11頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月對流層頂tropopause對流層與平流層之間的過渡層，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，一般來說，熱帶高于極地，夏季高于冬季，白天高于夜間。對流層頂?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。低緯度對流層頂?shù)臍鉁仄骄s為-83℃，而高緯度卻較高，約為-53℃。對流層頂對氣流的上升運動有阻擋作用，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，因而對流層頂下面的能見度惡化。

第12頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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設(shè)施與探測方法;(2)大氣臭氧、平流層氣溶膠的監(jiān)測與分析;(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)平流層一對流層交換的動力物理與化學(xué)問題。第13頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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)形成了一個晝夜相反的熱力環(huán)流。第14頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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15頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月5.全球變化globalchange全球變化學(xué)是研究地球系統(tǒng)整體行為的一門科學(xué)。它把地球的各個層圈（如大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈）作為一個整體，研究地球系統(tǒng)過去、現(xiàn)在和未來的變化規(guī)律和控制這些變化的原因和機制，從而建立全球變化預(yù)測的科學(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)和生物過程之間的相互作用的一門新興學(xué)科。第16頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月全球變化學(xué)現(xiàn)階段主要研究內(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)過程是如何調(diào)制的？生物過程在產(chǎn)生和消耗微量氣體中作用，預(yù)報自然和人類活動對大氣化學(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)過程對氣候的影響，及其對氣候變化的影響。

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

（4）全球變化對陸地生態(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型變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的影響及其對氣候的反饋。

（5）全球變化史的研究。重建2000年來，以及一個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17頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月主要的研究手段和技術(shù)路線：（1）發(fā)展全球分析和模擬。借助于全球模式來定量分析地球系統(tǒng)內(nèi)物理、化學(xué)和生物過程的相互作用，估計未來變化的可能影響。（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)境的長期監(jiān)測、特殊問題的試驗研究、科學(xué)技術(shù)人員的培訓(xùn)以及區(qū)域資料交換等。因此，計算機科學(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、試驗和模擬等方面的應(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18頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月6.陽傘效應(yīng)umbrellaeffect

由氣溶膠的輻射特性引起的地面冷卻效應(yīng)。類似于遮陽傘，故稱為“陽傘效應(yīng)”。懸浮在大氣中的氣溶膠顆粒一方面將部分太陽入射輻射反射回宇宙空間，削弱了到達(dá)地面的太陽輻射能，增加行星反照率，使地面接收的太陽能減少；另一方面某些吸濕性的粒子有作為凝結(jié)核，促使周圍水汽在它上面凝結(jié)，導(dǎo)致低云、霧的增多，改變云的光學(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?！瓣杺阈?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19頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月陽傘效應(yīng)和氣溶膠氣候效應(yīng)“陽傘效應(yīng)”體現(xiàn)了氣溶膠氣候效應(yīng)的一個方面。整個大氣是一個氣溶膠系統(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20頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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，空氣中的水氣便會凝結(jié)成細(xì)微的水滴懸浮于空中，使地面水平的能見度下降，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)，能見度低于1千米時，氣象學(xué)稱這種天氣現(xiàn)象為霧。第21頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月霧的形成與種類霧形成的條件：一是冷卻，二是加濕，增加水汽含量。霧的種類：1、輻射霧

2、平流霧3、混合霧4、蒸發(fā)霧5、煙霧第22頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月8.能見度VISVisibility是反映大氣透明度的一個指標(biāo)，航空界定義為具有正常視力的人在當(dāng)時的天氣條件下還能夠看清楚目標(biāo)輪廓的最大距離。能見度和當(dāng)時的天氣情況密切相關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時，大氣透明度較低，因此能見度較差。測量大氣能見度一般可用目測的方法，也可以使用大氣透射儀、激光能見度自動測量儀等測量儀器測量。第23頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月9.大氣觀測選址中應(yīng)考慮的因素地面大氣觀測場是取得地面氣象資料的主要場所，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的地方，避免局部地形的影響。（2）觀測場四周必須空曠，避免建在高大建筑物的旁邊（3）同時應(yīng)避開地方性霧，煙等大氣污染嚴(yán)重的地方。（4）觀測場四周障礙物的影子應(yīng)不會投射到日照或輻射觀測儀器的受光面上，且場地附近無反射陽光強的物體。（5）應(yīng)選在城市或工礦區(qū)最多風(fēng)向的上風(fēng)向。第24頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月成都信息工程學(xué)院觀測場第25頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月第二部分大氣遙感應(yīng)用專題第26頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ.激光雷達(dá)第27頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月一.基本原理LiDAR(LightLaserDetectionandRanging)，是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱。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、天線、接收機、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機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)體激光器及波長可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡；接收機采用各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法分直接探測與外差探測。第28頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月示意圖第29頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月二.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)，其作用是能精確測量目標(biāo)位置（距離和角度）、運動狀態(tài)（速度、振動和姿態(tài)）和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標(biāo)。激光雷達(dá)基本方程為第30頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月其中，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；距離r是時間t的函數(shù)。第31頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月三.大氣遙感激光雷達(dá)以激光為工具對大氣物理化學(xué)等特性進(jìn)行遙感測量的原理和方法。根據(jù)其探測原理不同，可將激光雷達(dá)分為如下幾類：第32頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣遙感激光雷達(dá)的分類及用途第34頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月激光雷達(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)方程來得到我們需要的參量。對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35頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ.氣溶膠第36頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月一.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。分類埃根核大粒子巨粒子第37頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月氣溶膠來源氣溶膠按其來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。它們可以來自被風(fēng)揚起的細(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自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸以及各種工業(yè)排放的煙塵等人為源第38頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月二.氣溶膠的輻射特性及其氣候環(huán)境效應(yīng)氣溶膠對氣候和環(huán)境的輻射效應(yīng)演研究基本上是20世紀(jì)90年代開始的,主要包含兩部分內(nèi)容:一是不同地區(qū)氣溶膠對周圍環(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氣溶膠的氣候效應(yīng)進(jìn)行模擬研究,以闡明氣溶膠對氣候變化的影響。第39頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

氣溶膠的輻射強迫作用包括直接輻射強迫和間接輻射強迫作用。氣溶膠對太陽輻射的吸收和散射會改變地球大氣系統(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,這有可能使云對太陽輻射的反射率增加或使云的維持時間加長,甚至使降水減少。第40頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月人類活動造成的對流層氣溶膠所產(chǎn)生的輻射強迫是氣候變化的一個重要貢獻(xiàn)者。硫酸鹽氣溶膠和含碳?xì)馊苣z，兩類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)強迫作用。第41頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月三.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)后兩者可在前四個參數(shù)基礎(chǔ)上推導(dǎo)而出。第42頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月例1太陽光度計——地基遙感CE318太陽光度計反演氣溶膠光學(xué)厚度和粒子尺度譜分布第43頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月例2空間遙感氣溶膠光學(xué)厚度從星載探測器、探測目標(biāo)(地球表面或大氣)和信號源(太陽輻射、地球/大氣輻射等)位置的幾何關(guān)系來分，衛(wèi)星探測有三種主要探測方式:下視對地觀測、臨邊探測和掩星探測。其中，臨邊探測是實現(xiàn)大氣成分探測的一種重要探測方式，它具有很高的垂直分辨率，并能有效避開復(fù)雜地表和對流層云和雨等強信號的干擾。第44頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月OverviewofsatelliteobservationsgeometriesMeasuredsignal:ReflectedandscatteredsunlightMeasuredsignal:DirectlytransmittedsolarradiationMeasuredsignal:Scatteredsolarradiation第45頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）臨邊探測limbscanEarthx1x2x3x4x5(TH1)(TH2)(TH3)(TH4)(TH5)

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?Sun第46頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月臨邊探測特點垂直分辨率高衛(wèi)星接收的輻射來至大氣，不受下墊面影響由于大氣中低層的透過率很小，該方法適用探測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47頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月局限性由于高空云的存在，限制了大氣探測的可靠性臨邊探測，大氣折射率因子不容忽視，增加了反演的復(fù)雜性第48頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）衛(wèi)星儀器空間探測向上天空亮度信息反演AOD（如MODIS等），但由于各類地物反照率復(fù)雜，雖可以提供大范圍氣溶膠參數(shù)，但精度不夠。第49頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月例3曙暮光法探測方法利用日出或日落的太陽光照信息反演?？捎脕磉b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50頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月曙暮光法示意圖第51頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅲ.臭氧第52頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月一.臭氧基本特性ozonelayer第53頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣臭氧層主要有三個作用保護(hù)作用，臭氧層能夠吸收太陽光中的波長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＜290μm），保護(hù)地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。加熱作用，臭氧吸收太陽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左右有一個峰，地球上空15～50km存在著升溫層。大氣的溫度結(jié)構(gòu)對于大氣循環(huán)具有重要的影響，這一現(xiàn)象的起因也來自臭氧的高度分布。為溫室氣體的作用，在對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，則會產(chǎn)生使地面氣溫下降的動力。因此，臭氧的高度分布及變化是極其重要的。第54頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月臭氧洞是指一地區(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55頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月例1臭氧總量及濃度的探測方法一地基Dobson分光光度計探測臭氧總量英1931科學(xué)家陶普生研制采用接收太陽直射光或散射的天頂光來測量大氣中的臭氧含量。第56頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Dobson’sspectrophotometerIQuartzplatesAdjustablewedgeFixedslitsPrismsDetector: photomultiplier Org.photographicplate第57頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Dobson’sspectrophotometerIINameWL1[nm]WL2[nm]A305.5325.4B308.8329.1C311.45332.4D317.6339.8C’332.4453.6LongestexistingozonetimeseriesUsedwavelengthpairs第58頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月方法二衛(wèi)星遙感臭氧紫外后向散射光譜儀臨邊探測技術(shù)第59頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月BackscatterUVOzonemeasurementsISolarUVradiationreflectedfromthesurfaceandbackscatteredbyatmosphereorcloudsisabsorbedbyozoneintheHartley-Hugginsbands(<350nm)

Note:

mostozoneliesinthestratosphere

mostofthebackscatteredUVradiationcomesfromthetroposphere

littleabsorptionbyozoneoccursinthetroposphere

littlescatteringoccursinthestratosphere

radiationreachingthesatellitepassesthroughtheozonelayertwiceBackscatterUVmeasurementsallowretrievaloftotalO3columnsandalsoverticalprofiles,butwithpoorverticalresolution(7–10km)MeasureO3slantcolumnanduseRadiativetransfermodeltoconverttoverticalcolumn第60頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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61頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月方法三

差分吸收激光雷達(dá)DifferentialabsorptionlidarDIAL利用氣體在兩個波長的吸收性質(zhì)，并要求一個可調(diào)諧激光器來產(chǎn)生所研究波長的吸收線峰值和低吸收譜區(qū)的第二波長。第62頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅳ.GPS大氣遙感第63頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月一.美國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條交點互隔60度的軌道面上；精度：約為10米；用途：軍民兩用；第64頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖第65頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，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信號接收機。第66頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月二.GPS遙感大氣可降水量20世紀(jì)90年代以來,GPS定位技術(shù)在大地測量學(xué)、地球物理學(xué)、地球動力學(xué)、大氣探測、空間環(huán)境監(jiān)測和自然災(zāi)害的預(yù)報、防治等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來,運用GPS技術(shù)對地球大氣層進(jìn)行遙感和探測,從而估算大氣水汽總量技術(shù)的迅速發(fā)展,形成了一門極具潛力、實用價值很大的新型大氣探測技術(shù)GPS氣象學(xué)(GPSMeteorology,簡寫為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)用的熱點方向之一。第67頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月探測原理GPS衛(wèi)星發(fā)射的微波信號在穿過大氣層時要受到大氣的折射而延遲,因而可用GPS技術(shù)以遙感的方式對這種延遲進(jìn)行監(jiān)測以反演大氣折射率,進(jìn)一步探測大氣參數(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68頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS分類依據(jù)遙感探測GPS接收機所處的位置,定義不同的技術(shù)方法。GPS遙感大氣水汽含量的技術(shù)一般分為兩類一把GPS接收機放置在靜止的地球表面上接收GPS衛(wèi)星訊號,以連續(xù)地對地球大氣參數(shù)(主要是綜合水汽或可降水量)進(jìn)行測量,稱為地基GPS氣象遙感技術(shù);二將GPS接收機放置在低軌人造衛(wèi)星上接受GPS衛(wèi)星訊號,采用掩星法對氣象參數(shù)進(jìn)行測量,稱為空基GPS氣象遙感技術(shù)。第69頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月例1.地基GPS探測PWVGPS無線電信號在穿越電離層和大氣層時,其速度會變慢,造成地面接收機對接收GPS信號的時間延遲。由于電離層對無線電信號的延遲與頻率無關(guān),所以可以使用雙頻GPS接收機確定電離層引起的信號時延。這種時延僅與大氣的構(gòu)成成份有關(guān),即與