全天空背景光谱辐射特性研究

摘要

天空背景辐射是指大气粒子对太阳光的吸收和散射在大气层内形成的散射光亮度分布，在气溶胶光学特性反演、大气成分探测、云分布判断以及空间目标识别等领域具有广泛的应用。
　　为了测量全天空背景光谱辐射分布，提出一种新的测量方案，可实现350～1100nm波段范围内的定点观测和全天空扫描。光谱分辨率为0.5nm。定点观测可获得天空中任意方向上的天空亮度分布;全天空扫描可以实现水平0～360°、俯仰0～90°的半空域范围内天空亮度的测量。测量结果与MODTRAN5模拟结果以及积分亮度计测量结果进行对比，并分析了误差产生的原因。
　　使用天空背景辐射测量系统在合肥地区进行实验测量研究，经过一次全天空扫描可获得649个光谱辐射亮度采样样本。将各个样本的测量位置作为像素点，相应位置上各个波长上的辐亮度值作为灰度值，可得到各波段的全天空背景光谱辐射分布图。
　　分析观测数据可知，观测天顶角与太阳天顶角之间的夹角越小，天空背景辐射越大;晴天时，全天空亮度分布关于太阳与天项连线呈对称分布;云会影响天空亮度的分布。并在文章结尾分析了不同大气模式、气溶胶类型以及大气能见度等因素对天空背景辐射分布的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 天空背景辐射亮度

1．2．1 短波背景辐射

1．2．2 长波背景辐射

1．3 地基天空背景辐射常用探测仪器

1．4 天空背景辐射的研究意义

1．4．1 气溶胶光学特性反演

1．4．2 在大气气体成分探测中的应用

1．4．3 云分布的判断

1．4．4 在空间目标识别方面的应用

1．5 本文主要内容

第2章 大气辐射学基础理论

2．1 大气辐射传输的基础知识

2．1．1 基本辐射量简介

2．1．2 平衡辐射的基本规律

2．2 大气辐射传输理论和数值计算方法

2．2．1 辐射传输的基本方程

2．2．2 辐射传输算法

2．3 大气和辐射的相互作用

2．3．1 大气对辐射的吸收

2．3．2 大气对辐射的散射

2．4 小结

第3章 全天空背景光谱辐射测量系统

3．1 测量原理与系统组成

3．1．1 测量原理

3．1．2 系统组成

3．2 软件部分

3．2．1 LabVIEW简介

3．2．2 仪器控制和信号采集

3．3 仪器的定标

3．4 小结

第4章 数据对比与验证

4．1 与理论计算结果对比

4．1．1 MODTRAN简介

4．1．2 测量结果和理论计算的对比

4．2 与宽谱段积分亮度仪对比

4．2．1 积分亮度计算原理

4．2．2 宽谱段积分亮度仪

4．2．3 积分辐亮度分布

4．3 小结

第5章 天空背景辐射特性的初步研究

5．1 天空背景辐射分布特征

5．1．1 定点观测

5．1．2 全天空扫描

5．2 天空背景辐射分布影响因素分析

5．2．1 大气模式对天空亮度分布的影响

5．2．2 不同气溶胶类型的天空亮度分布

5．2．3 大气能见度对天空背景辐射分布的影响

5．3 小结

第6章 总结

6．1 论文总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果