第3章 气象卫星遥感大气的基本原理3

第三节辐射在大气中的传输与卫星接收到的辐射气象卫星接收到的辐射包括：

①地面和云面发射的红外辐射

②地面和云面反射的太阳辐射

③大气各成分发射的向上的红外辐射

④地面和云面反射的大气向下的红外辐射

⑤大气对太阳辐射的散射辐射1、辐射在介质中的传输

在红外波段，忽略分子散射辐射。（1）小气柱吸收的辐射(、T、p)L(z)dA=1dzL(z+dz)图3-9小气柱介质辐射红外辐射在大气中的传输dI1因介质吸收引起辐射的改变量，k(z)分谱质量吸收系数，(z)吸收介质的密度。常称(z)=k(z)(z)为体积吸收系数。a(z)=(z)dz为单位厚度薄层的吸收系数。（2）小气柱发射的辐射

dL2因介质发射引起辐射的改变量，j（z）介质的质量发射率。在局地地热力平衡条件下j

=kB(T)所以，辐射的总增量为故——一阶线性常微分方程。2、平面平行大气中的辐射传输图3-10平行大气中辐射传输dIzI地面

假定大气是水平平行均匀分层的，Z为垂直方向，在任意方向I的辐射传输方程式中dL（z，）是天顶角为方向上dz气层引起的辐射改变量。使用气象上习惯的P坐标，根据静力方程Z干空气密度，g重力加速度，q（p）吸收气体与干空气的混合比,z坐标p坐标

令从p=0到p=p之间空气层的透过率为：其导数为将以上二式代入上面一阶线性常微分方程，并采用缩写符号，得dL+Ld=d(L)=Bd注意和L是、p、的函数，对上式从地面P0到任一高度p积分得由于L(P0

,)=SB[T(P0)]，且当p0时(p,)1，故上式可写成------卫星在红外波段接收地气系统发射辐射的表达式，即红外辐射在大气中的传输方程RTE。z坐标p坐标在红外波段,到达卫星的辐射L()由两部分组成：（1）地面辐射项：表示从地面发射、透过大气层、进入卫星的辐射。（2）大气辐射项：表示从地面到大气顶整层气体发出并能进入卫星的辐射。

权重函数定义：()][0pTBslle()),(][00qtelllppTBs3、RTE的物理意义和卫星接收到的辐亮度SSMI/Sextendsprofilingcapabilitywellintomesosphere.

Opportunitytoaddressmodelbiasinupperstratosphere权重函数概念1、形状：横钟形曲线2、意义：一条曲线与卫星观测仪器的一个通道对应。通道中心频率为f。卫星在频率为f的通道接受的能量来自于其权重函数不为零的大气薄层内。权重函数最大处对应的高度为薄层的代表高度。3、卫星在频率为f的通道接受到的能量的大小，由该薄层内的温度和某种气体分子浓度决定。分子种类与频率f对应，即，这种分子吸收频率为f的电磁辐射、也发射频率为f的电磁辐射。4、权重函数半宽度：权重最大值的一半所定义的宽度，用于衡量权重函数宽度（“胖瘦”）的指标。基于权重函数概念的推论1、如果f仅与O2

或CO2有关，而大气中O2或CO2的含量短期固定，则f通道所测得能量仅与该薄层内的温度有关，由此可由测得f处能量计算对应薄层内的大气温度。2、如果大气温度T已知，则根据另一通道（记为f1）能量就可确定与f1有关的分子的含量。例如，6.7微米通道可以用来确定水气分子浓度。3、选取一系列不同的频率（即一系列不同的通道），即可测量不同高度上的温度和湿度。4、理论上通道个数越多越好，但通道个数过多会使权重函数重叠，即通道相关，此时并不能提供更多有效信息。因此权重函数越“瘦”越好。思考题当你看到右图时，会想起哪些知识？二.地面和云面反射的大气下行红外辐射T(∞)≈2.9K≈0KI(P0

,

)=Lλ(θ）=(rsλ/π)Bλ(T日)τλ(θ日)*τλ(θs)

ω日cos(θ日)三.地面和云面反射的太阳辐射L（zh）321L（z1）zzhz10图3-12有云时的辐射传输

假如大气中有水平均匀的高、低两层薄云，忽略各云层和地表对辐射的反射，则到达大气顶的辐射Lλ（）由三部分组成：①高云下面的地表、低云和大气发出并透过高云向上的辐射，②高云云层向上发出的辐射