一、一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法（论文文献综述）
孙明晨[1]（2021）在《临近空间大气星光掩星技术研究》文中研究表明临近空间是指高空区域20-200km的范围,因具有重要的利用价值而成为科学研究的重点。目前已知该空间环境极其复杂,其中囊括温度变化、波动、潮汐、湍流等现象;现有的天基遥感探测技术、火箭原位探测技术等探测数据已经对以上方面进行了大量的研究。大气星光掩星技术作为先进的天基探测技术中的重要一种,是利用地球大气的对星光的光谱吸收和折射特征进行行星中高层大气探测的有效手段,可探测获得大气密度、温度、成分等行星大气参数,在国内并未开展该技术的相关研究。该技术发展于上世纪六十年代,已经成功应用于地球、金星、土星、火星等行星的大气探测,并开展了一系列科学研究。星光掩星的原理为,穿过行星大气所得恒星光谱与未穿过行星大气的光谱的比值,与大气吸收成分密切相关;基于比尔-布格-朗伯定律,可用于反演得到全球相关吸收成分的数密度垂直廓线。星光掩星技术具有光路简单、探测精度高、全球覆盖性等优势。本文基于对星光掩星的前端科学研究,形成一个端对端的数据系统,即从原理分析到掩星事件仿真预报再到数据反演和误差分析,为后续形成小型化仪器奠定基础,开展了以下四个方面的工作。（1）深入分析星光掩星探测原理体制,并利用MODTRAN模式建立了掩星工作模型,对臭氧、二氧化氮、三氧化氮和氧气的特征光谱吸收线进行了分析,计算相应波段的大气透过率。基于此结果,进一步对四种成分的各吸收谱线的信噪比和相对误差进行了推导和计算。根据计算所得信噪比和相对误差,对全天区星源进行了筛选,在高信噪比和低探测误差的标准下,给出目标星源的视星等范围以及可实际利用并探测的吸收光谱线,还给出目标恒星的坐标分布以及光谱型。结果显示:可作为光源进行探测的星源视星等范围为-1.45～3.55,此时接收光谱信号信噪比大于100,探测的相对误差最小可达到1%。（2）基于为卫星轨道设计和探测载荷设计提供理论指导的目的,进行了观测事件仿真,也是对掩星观测能力的验证,即利用LEO卫星和恒星在地固坐标系中的相对坐标位置,进行恒星-LEO掩星轨道观测仿真,具体流程为:第一步读取LEO卫星和恒星的坐标位置,设定模拟观测时间为24小时;第二步判断是否处于掩星状态,当掩星事件开始时,计算并给出掩星事件发生的速度、经纬度等,直到时间结束。根据模拟结果,统计计算并分析掩星事件的日观测量、持续时间、全球分布和漂移速度等,有以下结果:1)24小时的轨道模拟期间,得到掩星事件日观测量5563次,包括上升掩星2737次,下降掩星2826次;2)从全球分布角度看,事件主要分布在低纬度,两极最少,中纬度纬度数量相当,经度方向上分布较均匀;3)从方位角的分布来看,正常掩星占总数的78.25%,平均持续时间为1.5分钟,切点的水平漂移范围为18km～600km;4)侧面掩星事件发生率为21.75%,与正常掩星对比来说,其持续时间更长,切点的水平漂移速度更大,方位角变化更大。（3）观测量仿真可实现对光谱吸收的精细结构分析,掌握观测量的状态,得到的大气透过率用以开发反演算法。首先,将天狼星的红外光谱（755nm～774nm）作为原始光谱输入,通过三维射线追踪模拟地球大气地面至110km高度的红外光线在大气中传输的路线。其中,设定频率为3.95e+14Hz,地球形状是椭球状,大气模型选为中性大气,且已知目标恒星和低轨卫星在地固系中的位置数据,得到每条光线上各个点的坐标。其次,利用HITRAN数据库输出氧分子吸收线相关参数,包括吸收线强度和低能态能量等,利用逐线积分计算分子吸收截面。最后,计算出该波段的大气透过率。为方便验证算法以及实现小型化仪器设计,选择760nm和762nm即氧气分子的特征吸收谱线,计算两谱线的大气透过率随高度的变化以及信噪比,以指导仪器设计。此外,为了更加清楚的了解实际观测量的状态,我们计算了大气折射部分引起的透过率变化。经以上模拟和计算,得到以下结果:近红外波段755nm～774nm在80km、100km、110km三个高度所得大气透过率随高度的增高而趋近于1。相比0.2nm的光谱分辨率,0.1nm分辨率时大气透过率的变化范围为0.28～1,相比较前者范围更大。此外,在110km高度透过率为0.987,探测的精确度可小一位。折射作用引起的透过率部分在60km以上为1,所以60km以上高度可忽略大气折射的作用。760nm和762nm特征吸收线处得到光强度信噪比均在100以上,当光谱分辨率为0.1nm时,光强度信噪比的值更小,说明氧气对光谱的吸收作用更强。（4）反演算法的开发是星光掩星技术的核心所在,本文利用了剥洋葱法对仿真数据进行了反演,得到氧气在0-120km的垂直数密度分布,并与MSISE00数据对比,相对误差不超过0.3%,并做了局部圆弧修正工作。为了进一步验证反演算法程序,选择GOLD和GOMOS的实测数据进行反演。其中,将反演所得130-230km的氧气与GOLD发布的数据结果对比,偏差在15%以内;反演所得臭氧的数据与GOMOS发布的结果对比,63km以下相对偏差最大不超过20%,63km以上最大不超过10%。
戚朝阳[2]（2021）在《光谱型太阳—天光背景辐射计的研制及数据分析》文中指出太阳辐射计是一种用于遥感检测太阳辐射特性、大气透过率和气溶胶含量的有效设备,为环境探测和气象科学领域提供了连续且可靠的辐射分布信息和气体成分含量。太阳辐射经过大气传输时会被气体分子选择性吸收和散射,因此落在地面的光谱分布中表征出很多大气组分的吸收信息以及大气光学性质。精细化的太阳辐射信息不仅对生态环境评估、光伏资源开发等研究领域有强烈影响,而且有助于提升人们对辐射传输过程的理解。目前广泛使用的分波段式太阳辐射计存在光谱分辨率不足、数据信息量匮乏的缺点,逐渐无法满足科学研究对于太阳光谱辐射精细化观测的需求。因此本文提出测量可见-近红外波段太阳精细光谱的辐射测量方案,并设计出具有太阳直射观测和天空背景辐射测量两种模式的太阳-天空光谱辐射计。本文的研究内容如下所示:（1）本文研制了能够同时获取380.08～1100.24nm辐射信息的光谱辐射计,光谱分辨率优于1nm;（2）在仪器架构研制中,本文首先设计了探头中的追踪光路以及光谱测量光路。在课题组现有转台结构基础之上,本文升级了二维转台的伺服控制系统。而温控系统的应用为探头腔体提供了高度隔热、空冷散热和快速均质化的恒温环境;（3）在控制架构方面,本研究采用Cortex-A7架构的ARM主控芯片以及嵌入式Linux系统作为主控单元。通过引入合理配置的通信协议族（USB,TCP/IP,UART等）,系统内置的主控软件能够实现对测量组件的分布式控制。跨平台的程序框架Qt用于设计图形用户界面,监控辐射计的运行状态并显示实时频谱图;（4）在辐射定标中,本研究采用积分球标准光源实现光谱辐射计绝对辐射定标,再结合Langley定标法得出直射通道的定标常数,从而实现仪器在测量波段范围内的逐个光谱通道定标。光谱辐射计的测量值和DTF太阳辐射计、微波辐射计、CART模拟的结果之间的对比分析验证了辐射测量系统的可靠性,并且可以进一步利用特征波长的辐射信息反演出其他大气参数和光学特性。实验验证结果表明,在直接辐射测量方面,光谱辐射计测得的整层大气透过率与DTF太阳辐射计相比,最大的相对误差不超过8%。水汽总量结果与微波辐射计相比,最大相对误差低于10%,证实了光谱型辐射测量系统的有效性;对于天空背景散射,相比于在预设轨道上测量特定的波段的传统辐射计,太阳光谱辐射计能够测定全天空的辐射分布和精细光谱。光谱辐射计不仅提供更精细的太阳辐射信息,更丰富了获取透过率和大气分子含量的信息通道。
王文煜[3]（2020）在《太赫兹大气临边探测辐射计应用仿真研究》文中研究表明利用星载辐射计遥感地球大气状态对数值天气预报、自然灾害分析以及全球气候变化研究等科学领域具有非常重要的意义。太赫兹频段具有一定的穿透云雨、不依赖太阳作为辐射源以及全天时全天候工作的特点,适合用于地球大气探测。临边探测是太赫兹辐射计测量大气成分垂直分布最有效的观测方式,通过在大气的临边切点方向进行扫描,可以获得较高垂直分辨率的大气温度、压强、痕量气体、风的廓线。本文主要以我们正在研制的太赫兹中高层大气临边探测仪TALIS（THz Atmospheric LImb Sounder）为研究对象,开展TALIS仪器通道设置、测量性能、测量误差对反演的影响以及TALIS与Aura/MLS（Microwave Limb Sounder）应用能力比较的研究,并针对THz临边探测辐射计的扩展应用进行了研究,旨在为今后卫星型号研制奠定技术基础和提供应用支撑。首先,论文提出了TALIS的频谱仪通道方案,并通过评估其应用性能验证了方案的可行性。根据TALIS的设计目标,全面分析大气痕量气体在THz频段的谱线分布特点,确定了探测目标并提出了频谱仪的通道设置方案。进而使用辐射传输模型ARTS（Atmospheric Radiative Transfer Simulator）模拟了双边带接收机体制下TALIS各个通道的频谱特征,利用最优估计算法评估了TALIS的探测目标（温度、O3、H2O、HCl、HNO3、Cl O、N2O、CO、NO、NO2、HOCl、HCN、SO2、Br O、HO2、H2CO以及CH3Cl）在单次扫描时和多次平均后的反演精度、测量范围和垂直分辨率。其次,完成了对TALIS测量误差影响大气成分反演、TALIS和Aura/MLS应用能力对比的分析。通过分析TALIS可能存在的三类测量误差（仪器误差、定标误差和初值误差）,结合扰动误差参数的方法,评估了测量误差对TALIS四种目标气体廓线反演精度的影响。对比了TALIS和MLS在四种主要产品上的应用性能,并分析了TALIS的参数变化对反演结果的影响。结果表明:TALIS采用的快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）数字频谱仪的性能要明显好于滤波器组频谱仪,虽然提高频谱分辨率会使系统灵敏度变差,但TALIS的测量性能仍优于MLS。提高TALIS系统噪声温度会明显降低反演精度,TALIS的频谱分辨率有利于提升上层大气的测量精度,而初值误差的提高会降低大气上层的反演精度。最后,研究了THz临边探测辐射计新的应用和发展方向,包括挖掘了THz辐射计用于中高层大气风场测量的潜力和提出了采用大带宽频谱仪的340 GHz辐射计设计构想。基于探测机理提出了适合用于大气风场探测的示踪气体组合,并通过仿真评估了TALIS的四个辐射计测量大气视线风速的能力。针对适合大气测风的655 GHz和2.06 THz频段,研究了不同频谱带宽和频谱分辨率对风速测量精度和范围的影响。提出了采用一个15 GHz带宽频谱仪来探测地球大气的辐射计构想,这种辐射计设计简单,适用于小卫星。通过分析340 GHz频段的气体谱线分布特点、对比340 GHz辐射计和TALIS在单次扫描下的测量能力,证明了340 GHz辐射计能达到TALIS的测量水平,具有很好的应用前景。
戴文聪[4]（2020）在《基于光线跟踪的飞行器尾焰图像仿真方法》文中认为尾焰的辐射信号作为飞行器目标探测、跟踪和识别的重要依据,一直以来都是国防航空航天领域的重要研究内容,目前由于实测样本数据少,且开展相关实验条件苛刻,因而尾焰图像仿真方法的研究显得非常重要。结合上述应用背景,立足于更加真实且符合物理规律的尾焰图像实际需求,本文通过对流场仿真技术手段和辐射传输解算模型的研究现状分析,提出一种结合光线跟踪思想的飞行器尾焰图像仿真方法。论文的研究工作从以下三个方面开展:首先在尾焰流场仿真建模方面,根据流体力学基础理论和计算流体力学基本模型,选择利用CFD软件Fluent来完成流场建模工作,介绍了尾焰流场的具体建模过程。为完备尾焰流场建模工作,还着重对加入惰性粒子流条件下的尾焰流场进行仿真计算,并简要分析了该条件对建模结果的影响。然后在尾焰成分辐射特性参数计算方法方面,通过对尾焰辐射传输的物理过程分析,建立起尾焰红外辐射传输模型,结合仿真建模得到的尾焰流场数据,计算模型中辐射特性参数。这部分研究工作主要包括:考虑气体谱线增宽效应,利用逐线积分法计算高温气体的辐射特性参数;考虑固体球形粒子自发射、吸收、散射效应,运用Mie散射理论计算球形粒子的辐射特性参数。最后在尾焰辐射传输解算方法方面,基于有限元的思想,将尾焰流场仿真数据离散网格化,并设计了相应的尾焰区域光线跟踪算法。并根据此光线跟踪算法,运用反向蒙特卡洛法解决尾焰辐射传输积分问题,完成了对飞行器尾焰辐亮度图像仿真的工作。另外在近红外、中红外、长红外三个波段下,运用本文提出的方法分别仿真计算了在有无惰性粒子流条件下不同探测角度下和不同波长下的尾焰辐射强度,通过计算结果的对比分析,验证了本文基于光线跟踪的尾焰图像仿真方法的正确性和可行性。
李嘉朋[5]（2020）在《面向想定复杂环境的电磁波信号传输模块开发》文中认为电磁波是战场信息获取、传输、使用以及对抗的重要媒介和最佳载体,但复杂的战场环境会对电磁波的传输产生很大影响。由于真实环境构建难度较大,因此需要构建虚拟环境进行虚拟试验。虚拟试验相较于传统试验方式,试验成本更低且试验周期较短。因此本课题目的是在课题组自研H-JTP的虚拟环境平台基础上开发电磁波信号传输模块,旨在为虚拟试验提供可信赖的电磁波信号传输效应计算服务能力,支持试验所想定的复杂大气环境中的电磁波信号传输,促进复杂环境条件下的装备联合试验。首先,本文对复杂环境下电磁波传输效应计算的关键技术进行研究:提出了复杂环境下电磁波传输效应计算关键技术的总体思路;研究了不同介质参数对电磁波信号传输造成的影响;研究了基于S3DRG三维区域生长算法与AABB包围盒表示法的复杂环境分块量化表示方法,将试验空间中大范围的复杂传输环境分解为若干块均匀环境介质;在此基础上,研究了信号传输路径与分解得到的均匀环境边界交点识别方法,将复杂介质中的完整传输路径分割成若干单一介质中的子传输路径;提出了一种多核并行与多节点分布相结合的高性能传输效应计算服务方法,以提高复杂环境中电磁波传输效应的计算效率。其次,在关键技术研究的基础上,根据虚拟试验对电磁波信号传输效应计算的需求,设计并开发了电磁波信号传输模块,主要工作包括:为实现通用性与可扩展性,设计了电磁波传输模型通用接口;选用中等分辨率大气辐射传输模式MODTRAN作为电磁波传输模型,基于MODTRAN API应用程序接口对MODTRAN进行调用;采用面向对象的方式,使用UML建模语言对软件的设计与开发过程进行描述,分析了软件功能需求,设计了软件的静态模型、动态模型与用户界面,使用QT Creator与Visual Studio平台对软件进行开发。最后,完成了复杂环境下电磁波传输效应计算方法验证与电磁波信号传输模块软件测试。测试结果表明,本课题所开发的电磁波信号模块可正常调用电磁波传输模型,可正确地对复杂环境进行分块量化处理,可正确进行信号传输路径与环境交点识别,功能达到预期。
姚彬[6]（2020）在《星载光学成像仪快速辐射传输算法及其在模式评估中的应用研究》文中研究说明高时空分辨率气象卫星的快速发展和卫星数据的广泛应用,对辐射传输模拟的计算精度和效率都提出了更高要求。论文研发了适用于风云气象卫星光谱成像仪通道设计特点的快速辐射传输模式 FYRTM（Radiative Transfer Model for Fengyun radiometer）,该算法可用于晴空以及有云和气溶胶的任意大气条件,在计算精度和效率上较国际同类算法都具有一定优势。同时,本论文以该辐射传输模式为基础开展辐射模拟,实现了利用卫星直接观测和辐射模拟对数值天气预报模式和大气再分析资料的评估,为模式及大气再分析资料提高云表征能力提供理论依据。为了实现更加准确和快速的辐射传输模拟,本文研发了针对云（冰云及水云）和气溶胶（六种气溶胶粒子）辐射特性计算模块,采用基于更接近实际观测的云或气溶胶光学特性,建立针对星载光学成像仪各通道单层散射介质的双向反射、双向透射及等效发射率等数据查算表,从而代替耗时的多次散射模拟,在保证计算精度的前提下,显着提高计算效率。对于大气气体吸收,研发了针对风云卫星光谱通道的相关K分布模型用于气体透过率的快速计算。地表反射和发射则通过地表反照率数据库实现。最终,通过对散射、吸收、地表和辐射传输全过程的系统耦合,实现了对晴空和有云/气溶胶大气条件下大气层顶部光谱辐亮度的快速、准确模拟。与精确的离散纵标辐射传输计算相比,FYRTM在太阳通道模拟反射率的相对误差在2%以内,在红外通道的模拟亮温差在1 K以内,但是计算效率在太阳通道和红外通道较精确模式分别快2个和3个数量级。与国际上同类型的快速辐射传输模式CRTM（Community Radiative Transfer Model）相比,FYRTM较CRTM有更高的模拟精度,同时,在红外通道计算效率上,FYRTM比CRTM快3倍。同时,利用大气再分析资料及卫星反演给出的大气情景,FYRTM模拟的各通道反射率/亮温与风云卫星光谱成像仪的实际观测结果也取得了很好的一致性。由于其突出的计算效率和精度,FYRTM模式将在风云卫星光学成像仪辐射定标、参数反演和资料同化等应用中发挥重要作用。利用数值模拟输出驱动快速辐射传输模式进行辐射模拟,可以将模式模拟结果转化为卫星辐射量,从而直接与卫星观测辐射量对比,避免以卫星反演或其他模式产品对数值模拟结果评估的不确定性。基于这样的直接辐射评估方法,本论文评估了中尺度天气预报模式 WRF（Weather Research and Forecasting model）,个例研究表明,WRF 能较好模拟大尺度天气状态及云的分布,但是对中-低云的模拟存在一定低估（约50%）,对高云的模拟反而取得了和观测较好的一致性。类似地,以Himawari-8卫星上先进光谱成像仪观测的太阳通道反射率和红外通道亮温为标准,评估了三种大气再分析资料（我国CRA（China Meteorological Administration Reanalysis data）、欧洲中期天气预报中心 ERA5（ECMWF’s Fifth-generation Reanalysis）、美国MERRA-2（Modern-Era Retrospective Analysis for Application,Version 2））对云的表征能力。在整个观测区域内,CRA、ERA5和MERRA-2都能较好地表征大气和云的特征,主要偏差位于赤道洋面上空和复杂下垫面区域。三种大气再分析资料中,基于ERA5的辐射模拟结果与观测结果的一致性最好,CRA与ERA5的质量相近,基于MERRA-2的结果与卫星观测差异偏大。综上,本文研发的适用风云气象卫星光学成像仪的快速辐射传输模式能准确、快速地模拟卫星观测辐射量,将为风云卫星仪器设计和产品开发等研究提供重要理论基础。而本文以辐射传输模拟为基础开展的模式评估,也将进一步提高我们对不同模式和资料的认识和理解,为其质量提高提供基础。
梁红丽[7]（2020）在《基于机器学习的大气分层透过率快速计算方法》文中认为红外波段包含丰富的大气和地表信息,是气象和遥感领域的重要研究对象。大气透过率是求解红外辐射传输方程的核心,也是辐射传输模式准确模拟大气层顶辐射的关键。RTTOV（Radiative Transfer for TOVS）是我国GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）数值预报模式中使用的快速辐射传输模式,由欧洲中期天气预报中心ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）开发,用于模拟气象卫星传感器对地观测的辐射。本质上来看,RTTOV是基于统计的快速辐射传输模式,计算速度快,精度高;但是在红外水汽波段,由于存在线吸收、连续吸收及其他气体吸收等干扰,吸收特性复杂,RTTOV的计算精度相对较低。机器学习在解决非线性统计问题上的表现通常优于传统的统计方法,因此,本文利用机器学习方法,建立了卫星通道的大气分层透过率计算模型。本文以南北纬30°内为研究区域,选取NWP SAF（Satellite Application Facility for Numerical Weather Prediction）中IFS-137（The Integrated Forecast System,137-level-profile）的代表性晴空廓线,针对FY3A/IRAS（Infra Red Atmospheric Sounder）的7.43μm、7.33μm和6.52μm三个水汽通道,用RTTOV计算了这些廓线的各等压面至大气层顶的通道透过率和大气层顶的通道亮温;同时,根据这三个通道的光谱响应函数,利用IASI（Infrared Atmospheric Sounding Interferometer）对应谱段的大气分层透过率及大气层顶辐射率,卷积至IRAS的三个通道后,作为IRAS通道透过率及通道辐射率的“真值”,廓线和相应的大气分层透过率共同组成了用于训练机器学习模型的样本集。利用这一样本集,选取机器学习中的三种集成学习方法:梯度提升树GBT（Gradient Boosting Tree）、XGBoost（e Xtreme Gradient Boosting）和随机森林RF（Random Forest）,建立了红外水汽波段大气分层透过率的快速计算模型,并计算了大气层顶亮温。以各等压面透过率的平均偏差、均方根误差和标准差、所有等压面透过率的平均绝对误差、均方根误差和均方对数误差作为透过率的评估标准,以大气层顶亮温的平均绝对误差和均方根误差为亮温的评估标准,将模型预测的透过率、亮温和用RTTOV系数文件计算的透过率、亮温进行了对比。结果表明,三种方法预测的透过率在各等压面误差均比RTTOV系数文件计算的误差小,在各通道的权重函数峰值处最大;所有等压面透过率的平均绝对误差在7.43μm、7.33μm和6.52μm均比RTTOV小0.0011左右,均方对数误差有差异,但都小于RTTOV,且在水汽吸收最强的6.52μm减小的误差最大;GBT和XGBoost的预测误差相当,RF略大;在亮温验证上,三种方法也均比RTTOV计算的亮温误差小。在7.43μm、7.33μm和6.52μm三个通道,GBT和XGBoost的亮温平均绝对误差相差很小,在各通道的误差分别在0.1152K、0.0610K、0.1270K左右,两种方法的均方根误差也比较接近,XGBoost的误差比GBT稍大;相较而言,RF计算亮温的误差最大。要达到相同的训练结果,梯度提升树和XGBoost耗费的时间相当,RF耗费的时间则要长的多。最后,将GBT预测的亮温和卫星的实际观测进行了对比验证,分别计算了GBT和RTTOV模拟的亮温和卫星实际观测的偏差,统计了平均偏差和标准差。结果表明,GBT和RTTOV模拟的三个通道的亮温整体均比卫星实际观测值小,并呈现水汽吸收越强、偏小的程度越大的趋势。和RTTOV相比,GBT预测的亮温平均偏差小约0.5K,标准差小0.2K左右。综合来看,对于水汽吸收通道的正演精度,机器学习可以做到较大的改进;三种集成学习方法中,GBT在透过率计算上的表现最好;三个水汽通道中,机器学习对水汽吸收最强的6.52μm通道所作的改进最大。本研究工作表明,在改进红外水汽波段的正演精度问题上,机器学习方法有一定的潜力,且对开发快速大气辐射传输模式具有借鉴意义。
王飞翔[8]（2020）在《不同海拔下大气中波红外透过率的理论研究和实际测量》文中认为红外技术在夜视、导弹制导、空间遥感,天文学等地球表面和空间领域具有极其重要的应用。由于地球大气对红外辐射的吸收和散射,大气红外透过率是影响红外目标探测的一个重要因素。在红外夜视、观察瞄准、红外制导等军事方面,大气自身红外辐射不仅是一个强“背景”,大气透过率更是决定了目标辐射到达探测器的强度。在红外遥感系统设计中,大气拥有两个重要光学性质:其一是辐射源与接收器之间大气路径的透过率,其二是大气的辐射强度。在天文红外观测中,大气透过率决定了大型红外望远镜的选址地点。地球大气是由多种分子组成的,主要成分为水蒸气、二氧化碳和氮气等,大气红外透过率主要决定于这些分子的吸收。地球表面不同海拔高度的环境温度、气压以及相对湿度的变化会严重影响分子的组分、浓度等特性,此外,大气的气象状况也随时发生变化,因此,对不同海拔下的大气红外透过率进行理论研究和实时测量具有重要的意义。目前获得大气透过率的方法主要有理论计算,软件仿真和实际测量,本文使用了这三种方法从以下几个方面对不同海拔高度下的中波（4.605-4.755μm）大气红外透过率进行了研究:1、首先讨论了大气红外透过率的理论计算方法,计算过程中主要考虑大气的吸收和散射。包括水蒸气和二氧化碳分子的吸收,以及气溶胶的散射影响,通过数值拟合获得可降水量和吸收透过率以及二氧化碳路径和吸收透过率的关系,并且利用气象视距获得散射透过率,最终得到中波红外4.6μm,4.7μm和4.8μm处,海拔高度5km,3km和0km的中红外大气透过率。其中5km处4.6μm,4.7μm和4.8μm的中红外大气透过率分别为:0.969,0.931,0.661。3km处的中红外大气透过率分别为0.915,0.836,0.451,0km处中红外大气透过率分别为:0.907,0.820,0.348。利用加权平均的方法得到了三个海拔高度下4.605-4.755μm的平均中红外大气透过率分别为0.906,0.805和0.780。2、提出了一种可以昼夜测量大气透过率的实测方法。以大气自身辐射为目标,通过单色辐射转移方程获得整层大气红外透过率,并将测量设备制冷到-40℃来降低仪器自发辐射。对红外测量设备的定标进行了研究,在一元定标模型的基础上提出了分离积分时间以及环境温度的三元定标模型,其拟合相关系数可达到1。最后,在三个不同海拔高度下的地点（西藏阿里,青海德令哈,北京怀柔）,通过对不同天顶角的大气辐射进行测量,拟合得到的4.605-4.755μm的平均大气透过率分别为:0.831,0.766和0.673。3、使用MODTRAN商业软件分别对海拔5km,3km和0km的大气红外波段透过率进行了仿真,仿真结果分别为0.848,0.796和0.691,三个不同海拔高度下的仿真结果比实际测量结果分别高2%,3.9%和2.3%,说明本论文实测方法的可行性与准确性。此外,将水蒸气,二氧化碳,臭氧,氮气吸收造成的透过率分离出来后,水蒸气吸收对透过率影响最大。仿真结果表明:海拔高度为5km的阿里当天整层可降水量约为1.67mm,而德令哈的可降水量约为3.44mm,怀柔的可降水量约为2.16mm。阿里的可降水量远远低于德令哈和怀柔,导致其大气红外透过率明显高于另外两个低海拔地区。
王体健,高太长,张宏昇,葛茂发,雷恒池,张培昌,张鹏,陆春松,刘超,张华,张强,廖宏,阚海东,冯兆忠,张义军,郄秀书,蔡旭晖,李蒙蒙,刘磊,佟胜睿[9]（2019）在《新中国成立70年来的中国大气科学研究:大气物理与大气环境篇》文中提出新中国成立以来,中国大气物理与大气环境学科不断发展,为大气科学的发展提供了重要支撑,为国民经济的发展提供了重要保障.文章着重介绍新中国成立70年以来中国大气物理与大气环境学科发展的总体概况,梳理改革开放40年大气物理与大气环境学科的主要研究进展,总结21世纪以来的突出研究成果,指出面临的重大问题和挑战,提出未来的重点方向和发展建议.
丁国鹏[10]（2019）在《大气辐射传输快速计算及仿真技术研究》文中研究表明大气辐射传输建立在电磁传播理论、热力学以及分子光谱学理论之上,主要研究大气中辐射能量的传输和转换过程,而大气效应仿真就是对大气辐射传输数值计算结果的可视化显示。大气效应仿真在工程应用方面有着重要意义。从数字地球到小规模场景仿真,大气辐射传输效应对场景的逼真度有至关重要的影响。纵观目前主流大气辐射传输模型,大部分都具备光谱分辨率高、计算结果可信度高等优点,但在计算速度方面比较缓慢。对于部分对光谱分辨率要求较低的大气辐射传输计算,使用较为简洁快速的计算模型可以有效提高计算效率。本文以大气辐射传输快速计算和实时仿真为研究目标,主要做了以下工作:（1）从Rayleigh散射、Mie散射以及气体吸收理论出发,考虑了大气压强和大气温度对气体吸收系数的影响,使用经验公式对吸收系数进行修正,并结合朗伯-比尔定律计算大气透过率。根据基尔霍夫定律建立了局部热力学平衡状态下大气自辐射快速计算方法。考虑大气对太阳光的散射作用,使用了一种简化大气散射计算模型,通过逐次散射叠加的方法计算大气散射亮度。（2）考虑大气的球面分布特点,研究了球面大气的分层方法和几何参数计算方法,结合GPU实现大气辐射传输高速计算。为满足大气辐射传输实时仿真的要求,本文研究了一种大气透过率、路径辐射和散射查找表的映射方法,这种映射方式可以适用于球面大气的大气效应仿真。为了降低大气纹理采样时因线性插值导致的精度损失,本文使用了一种非线性的纹理映射方法。（3）将本模型与MODTRAN的计算结果进行对比,分析了简化算法的可行性。然后研究了等效纹理的计算方法以及不同观察方式下的大气几何参数计算方法,结合纹理映射函数实现大气效应的实时仿真。
二、一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法（论文提纲范文）
（1）临近空间大气星光掩星技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 大气星光掩星探测技术的国内外研究现状 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 国外研究现状 |
| 1.1.3 国内研究现状 |
| 1.2 本文的研究目的和主要研究内容 |
| 1.3 本章小结 |
| 第二章 星光在地球大气中的传输特性 |
| 2.1 地球大气的吸收 |
| 2.1.1 紫外大气分子吸收 |
| 2.1.2 可见和近红外大气分子吸收 |
| 2.1.3 消光截面 |
| 2.2 地球大气瑞利散射 |
| 2.3 光线在大气中的折射 |
| 2.4 谱线形成 |
| 2.4.1 波尔模型 |
| 2.4.2 振动跃迁和转动跃迁 |
| 2.4.3 大气吸收光谱 |
| 2.5 比尔-布格-朗伯(Beer-Bouguer-Lambert)定律 |
| 2.6 星光在大气中的辐射传输方程 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 恒星光源以及坐标系 |
| 3.1 恒星光源 |
| 3.1.1 恒星视星等、亮度等基本特性 |
| 3.1.2 恒星光谱 |
| 3.2 坐标系计算 |
| 3.2.1 天球坐标系 |
| 3.2.2 地固坐标系 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 星光掩星探测技术 |
| 4.1 探测技术原理 |
| 4.2 数据处理流程 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 星光掩星技术目标星源特性分析 |
| 5.1 大气吸收光谱的仿真 |
| 5.1.1 MODTRAD模式 |
| 5.1.2 仿真过程及结果 |
| 5.2 观测信号信噪比和探测精度 |
| 5.2.1 观测信号信噪比计算 |
| 5.2.2 探测精度估计 |
| 5.3 不同恒星视星等对探测结果的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 星光掩星事件和轨道仿真技术 |
| 6.1 星光掩星轨道仿真 |
| 6.1.1 星光掩星轨道仿真基本流程 |
| 6.1.2 星光掩星轨道仿真算法 |
| 6.1.3 星光掩星轨道仿真的结果和讨论 |
| 6.2 星光掩星观测数据仿真 |
| 6.2.1 星光掩星观测数据仿真基本流程 |
| 6.2.2 星光掩星观测数据仿真算法 |
| 6.2.3 星光掩星观测数据仿真结果和讨论 |
| 6.2.4 星光掩星紫外观测数据仿真 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 剥洋葱法星光掩星数据反演技术 |
| 7.1 星光掩星反演原理 |
| 7.2 星光掩星反演算法 |
| 7.3 星光掩星仿真数据反演 |
| 7.4 星光掩星实测数据反演 |
| 7.4.1 GOLD数据反演 |
| 7.4.2 GOMOS数据反演 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 星光掩星技术误差特性分析 |
| 8.1 星光掩星技术误差来源 |
| 8.1.1 光子数误差 |
| 8.1.2 卫星轨道误差 |
| 8.2 本章小结 |
| 第九章 总结和展望 |
| 9.1 本文的主要研究工作 |
| 9.2 未来研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）光谱型太阳—天光背景辐射计的研制及数据分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 太阳辐射计研究现状 |
| 1.3.2 辐射计发展趋势 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 辐射测量基本原理 |
| 2.1 辐射传输原理 |
| 2.2 透过率测量方法 |
| 2.2.1 理论计算法 |
| 2.2.2 直接测量方法 |
| 2.3 辐射计定标原理 |
| 2.3.1 辐射计直射通道定标 |
| 2.3.2 太阳辐射计散射通道定标 |
| 第3章 光谱辐射计架构研制 |
| 3.1 高精度二维转台的设计 |
| 3.1.1 转台驱动系统的选型 |
| 3.1.2 闭环反馈系统设计 |
| 3.2 光学系统设计 |
| 3.2.1 太阳跟踪系统 |
| 3.2.2 光谱采集系统 |
| 3.3 嵌入式平台的选择 |
| 3.4 温控系统设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 仪器控制软件的设计 |
| 4.1 底层组件的搭建 |
| 4.2 嵌入式软件开发 |
| 4.2.1 程序开发平台Linux+Qt |
| 4.2.2 下位机程序的开发 |
| 4.3 服务器应用程序的开发 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 光谱辐射计的全波段标定以及数据分析 |
| 5.1 光谱辐射计的标定 |
| 5.1.1 绝对辐射定标 |
| 5.1.2 直射通道定标 |
| 5.2 透过率与水汽的测量及分析 |
| 5.3 整层光谱透过率的测量及分析 |
| 5.4 背景辐射观测 |
| 5.5 定点模式观测 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 工作总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 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 |
（3）太赫兹大气临边探测辐射计应用仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外THz临边大气探测技术的发展现状 |
| 1.2.1 国外THz临边探测技术现状 |
| 1.2.2 国内THz临边探测技术现状 |
| 1.3 中高层大气风场测量发展现状 |
| 1.4 星载微波辐射计反演大气参数的研究现状 |
| 1.5 论文章节内容及安排 |
| 第2章 THz辐射计遥感地球大气理论及模型的适用性分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地球大气结构概述 |
| 2.2.1 大气垂直分层 |
| 2.2.2 大气化学成分组成及其遥感探测手段的比较 |
| 2.2.3 大气压廓线探测原理——流体静力平衡方程 |
| 2.3 大气辐射传输理论 |
| 2.3.1 辐亮度 |
| 2.3.2 Kirchhoff定律 |
| 2.3.3 Planck黑体辐射理论 |
| 2.3.4 辐射传输方程 |
| 2.3.5 大气吸收理论 |
| 2.4 大气辐射传输模型 |
| 2.5 最优估计反演理论 |
| 2.5.1 算法原理 |
| 2.5.2 线性情况 |
| 2.5.3 非线性情况 |
| 2.5.4 反演精度估计 |
| 2.6 模型适用性分析与验证 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 TALIS通道频谱仿真和应用模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 TALIS系统 |
| 3.3 通道设置分析与仿真 |
| 3.3.1 目标气体谱线分析 |
| 3.3.2 辐射计通道规划 |
| 3.3.3 通道亮温模拟 |
| 3.4 科学目标产品分析 |
| 3.4.1 反演仿真设置 |
| 3.4.2 仿真基本流程 |
| 3.4.3 反演结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 TALIS测量误差对大气成分廓线反演精度影响的模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 TALIS测量误差源分析 |
| 4.2.1 仪器误差 |
| 4.2.2 定标误差 |
| 4.2.3 初值误差 |
| 4.3 误差对反演结果的影响 |
| 4.3.1 118GHz辐射计的反演误差 |
| 4.3.2 190GHz辐射计的反演误差 |
| 4.3.3 240GHz辐射计的反演误差 |
| 4.3.4 640GHz辐射计的反演误差 |
| 4.3.5 整体误差的影响 |
| 4.4 TALIS与 Aura/MLS应用能力的比较分析 |
| 4.4.1 TALIS与 MLS参数的比较 |
| 4.4.2 TALIS与 MLS仪器性能的比较 |
| 4.4.3 TALIS参数变化对于反演结果的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 THz临边探测辐射计扩展应用仿真研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 大气风场探测原理 |
| 5.3 TALIS测风能力仿真 |
| 5.3.1 TALIS不同通道对风的敏感性分析 |
| 5.3.2 视线风速的初步反演结果 |
| 5.4 测风频段及其测风的技术指标需求分析 |
| 5.4.1 655GHz频段 |
| 5.4.2 2.06THz频段 |
| 5.5 新型340GHz宽带辐射计研究 |
| 5.5.1 目标气体谱线分析 |
| 5.5.2 辐射计亮温模拟 |
| 5.6 探测性能仿真对比 |
| 5.6.1 较高精度产品 |
| 5.6.2 一般精度产品 |
| 5.6.3 较低精度产品 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文创新点与主要贡献 |
| 6.3 论文不足及后续研究工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）基于光线跟踪的飞行器尾焰图像仿真方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究发展现状 |
| 1.2.1 飞行器尾焰仿真建模研究现状 |
| 1.2.2 尾焰辐射传输解算方法研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 尾焰流场建模 |
| 2.1 流体力学理论基础 |
| 2.1.1 基本控制方程 |
| 2.1.2 湍流控制方程 |
| 2.1.3 非预混燃烧模型 |
| 2.2 尾焰流场建模过程 |
| 2.2.1 几何建模 |
| 2.2.2 解算步骤 |
| 2.3 尾焰流场仿真结果与分析 |
| 2.3.1 尾焰流场仿真结果 |
| 2.3.2 加入惰性粒子流的尾焰流场仿真结果 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 尾焰辐射特性参数计算方法 |
| 3.1 尾焰红外辐射传输模型 |
| 3.1.1 参与性介质辐射传输过程 |
| 3.1.2 尾焰辐射传输方程 |
| 3.2 尾焰气体辐射特性参数计算 |
| 3.2.1 气体辐射特性分析 |
| 3.2.2 逐线积分法 |
| 3.2.3 程序计算结果 |
| 3.3 粒子流辐射参数计算 |
| 3.3.1 粒子流辐射特性基本参数 |
| 3.3.2 Mie散射计算方法 |
| 3.3.3 程序计算结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于光线跟踪的辐射传输解算方法 |
| 4.1 尾焰光线跟踪的几何计算 |
| 4.1.1 尾焰区域建模 |
| 4.1.2 光线跟踪算法 |
| 4.2 基于光线跟踪的尾焰辐射传输解算 |
| 4.2.1 蒙特卡洛积分估计 |
| 4.2.2 基于蒙特卡洛法的辐射传输解算 |
| 4.2.3 基于光线跟踪的尾焰辐亮度图像仿真方法 |
| 4.3 尾焰辐亮度图像仿真结果与分析 |
| 4.3.1 辐亮度图像仿真条件及参数 |
| 4.3.2 图像仿真结果 |
| 4.3.3 不同探测角度尾焰辐射强度对比分析 |
| 4.3.4 不同波长尾焰辐射强度对比分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果 |
| 致谢 |
（5）面向想定复杂环境的电磁波信号传输模块开发（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 课题目的及意义 |
| 1.3 国内外研究发展及现状 |
| 1.3.1 电磁波传输效应研究现状 |
| 1.3.2 大气辐射传输软件研究现状 |
| 1.3.3 复杂环境下电磁波传输研究现状 |
| 1.3.4 研究现状分析 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 关键技术研究 |
| 2.1 复杂环境下电磁波传输效应计算总体思路 |
| 2.2 电磁波传输介质参数研究 |
| 2.2.1 降雨强度对电磁波信号传输的影响 |
| 2.2.2 气体吸收对电磁波信号传输的影响 |
| 2.2.3 气溶胶对电磁波信号传输的影响 |
| 2.3 想定复杂环境中电磁波信号传输效应计算方法 |
| 2.3.1 复杂环境分块量化表示方法 |
| 2.3.2 信号与环境交点识别方法 |
| 2.3.3 信号传输路径表示方法 |
| 2.4 多通道传输效应高性能计算服务方法 |
| 2.4.1 基于信号产生节点的配置策略 |
| 2.4.2 基于区块服务的配置策略 |
| 2.4.3 多核并行策略 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 电磁波信号传输模块总体设计 |
| 3.1 总体思路 |
| 3.2 软件功能需求 |
| 3.3 模块接口设计 |
| 3.4 基于MODTRAN API的电磁波信号传输模块化设计 |
| 3.4.1 MODTRAN简介 |
| 3.4.2 电磁波信号传输模块化设计方法 |
| 3.4.3 MODTRAN API调用方法研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 电磁波信号传输模块软件设计与开发 |
| 4.1 用例场景 |
| 4.2 用例分析 |
| 4.3 静态模型设计 |
| 4.4 动态模型设计 |
| 4.5 界面设计 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 电磁波信号传输模块应用验证 |
| 5.1 复杂环境下电磁波传输效应计算方法验证 |
| 5.1.1 复杂环境分块量化方法验证 |
| 5.1.2 信号与环境交点识别应用验证 |
| 5.1.3 电磁波传输模型验证 |
| 5.1.4 Open MP多核并行运算验证 |
| 5.2 电磁波信号传输模块软件测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
（6）星载光学成像仪快速辐射传输算法及其在模式评估中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 卫星遥感大气发展概况 |
| 1.2 快速辐射传输模拟的重要性 |
| 1.3 大气辐射传输研究进展 |
| 1.3.1 大气辐射传输计算 |
| 1.3.2 快速辐射传输计算 |
| 1.4 主要研究内容和章节安排 |
| 第二章 数据介绍 |
| 2.1 卫星光谱成像仪及数据 |
| 2.1.1 风云四号A星和AGRI光谱成像仪 |
| 2.1.2 风云三号D星和MERSⅠ-Ⅱ光谱成像仪 |
| 2.1.3 风云二号E星和VISSR光谱成像仪 |
| 2.1.4 Himawari-8卫星和AHI光谱成像仪 |
| 2.1.5 MODIS光谱成像仪 |
| 2.2 大气再分析资料 |
| 2.2.1 CRA大气再分析资料 |
| 2.2.2 ERA5大气再分析资料 |
| 2.2.3 MERRA-2大气再分析资料 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 风云卫星光谱成像仪快速辐射传输模式FYRTM |
| 3.1 快速辐射传输模式 |
| 3.1.1 大气气体吸收计算 |
| 3.1.2 云、气溶胶散射计算 |
| 3.1.3 地表辐射特性计算 |
| 3.1.4 辐射传输模式计算 |
| 3.2 FYRTM快速辐射传输模式对比验证 |
| 3.2.1 FYRTM与精确辐射传输模式对比分析 |
| 3.2.2 FYRTM与通用辐射传输模式CRTM对比分析 |
| 3.3 FYRTM模拟卫星观测辐射量 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 快速辐射传输模式的辐射模拟 |
| 4.1 快速辐射传输模式与数值预报模式参数转化 |
| 4.2 基于辐射模拟的云分析方法 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于FYRTM的辐射模拟对数值预报模式的评估 |
| 5.1 WRF模拟个例介绍 |
| 5.2 基于WRF模拟参数的转化算法优化 |
| 5.3 基于FYRTM的辐射模拟对数值计算云评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 基于辐射模拟的大气再分析资料质量分析 |
| 6.1 个例研究 |
| 6.2 长时间序列分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与讨论 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 论文特色与创新 |
| 7.3 问题与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附件:缩略语表 |
| 作者简介 |
（7）基于机器学习的大气分层透过率快速计算方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 研究背景 |
| 1.2.1 红外辐射传输在天气预报中的重要作用 |
| 1.2.2 卫星资料同化应用发展 |
| 1.2.3 机器学习的发展近况 |
| 1.2.4 机器学习在气象和遥感领域的应用 |
| 1.3 论文主要内容和章节安排 |
| 第2章 红外辐射传输理论和大气透过率的计算方法 |
| 2.1 红外辐射传输理论 |
| 2.2 大气透过率的逐线积分计算 |
| 2.3 大气透过率的快速计算 |
| 第3章 机器学习方法 |
| 3.1 集成学习简介 |
| 3.2 决策树 |
| 3.3 提升方法和梯度提升树(GRADIENT BOOSTING TREE,GBT)、XGBOOST |
| 3.3.1 梯度提升决策树GBT(Gradient Boosting Tree) |
| 3.3.2 XGBoost(e Xtreme Gradient Boosting) |
| 3.4 BAGGING方法和随机森林(RANDOM FOREST) |
| 3.4.1 随机森林 |
| 第4章 资料和数据 |
| 4.1 红外分光计FY-3A/IRAS |
| 4.2 红外高光谱大气探测仪IASI |
| 4.3 ECMWF的大气廓线集 |
| 4.4 ERA5和ERA INTERIM |
| 4.5 样本集的制作 |
| 4.5.1 大气廓线的选取 |
| 4.5.2 IRAS光谱卷积范围和对应的IASI通道 |
| 4.5.3 透过率和大气层顶亮温的计算 |
| 第5章 基于机器学习的大气分层透过率计算模型 |
| 5.1 透过率计算模型的建立 |
| 5.2 透过率计算模型的评估方法 |
| 5.3 大气分层透过率的验证和分析 |
| 5.4 大气层顶亮温的验证和分析 |
| 5.5 三种机器学习方法的比较 |
| 第6章 大气层顶卫星观测亮温模拟计算 |
| 6.1 FY3A/IRAS水汽通道的大气层顶亮温特征 |
| 6.2 大气层顶亮温的观测对比验证 |
| 第7章 论文总结与未来展望 |
| 7.1 本文的主要结论 |
| 7.2 本文的创新点 |
| 7.3 存在的问题和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简介 |
（8）不同海拔下大气中波红外透过率的理论研究和实际测量（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1、国外研究进展 |
| 1.2.2、国内研究进展 |
| 1.3 本论文主要内容 |
| 1.4 本论文章节安排 |
| 第2章 大气透过率理论基础 |
| 2.1 大气成分与结构 |
| 2.1.1、大气的基本组成 |
| 2.1.2、大气的温度 |
| 2.2 大气透过率 |
| 2.2.1、大气吸收透过率 |
| 2.2.2、大气散射透过率 |
| 2.3 大气红外透过率的理论计算 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 大气红外透过率实际测量 |
| 3.1 测量仪器 |
| 3.2 测量仪器定标 |
| 3.2.1、一元定标模型 |
| 3.2.2、三元定标模型 |
| 3.3 大气红外透过率的实际测量 |
| 3.3.1、测量原理 |
| 3.3.2、测量过程及结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 大气红外透过率的MODTRAN仿真 |
| 4.1 MODTRAN5 计算方法介绍 |
| 4.2 不同海拔的大气透过率仿真 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 主要工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果 |
| 致谢 |
（9）新中国成立70年来的中国大气科学研究:大气物理与大气环境篇（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 新中国成立以来大气物理与大气环境学科发展的总体概况 |
| 2.1 大气物理 |
| 2.2 大气环境和大气化学 |
| 2.3 大气探测和大气遥感 |
| 3 改革开放40年大气物理与大气环境学科的主要研究进展 |
| 3.1 大气边界层物理 |
| 3.1.1 物理实验研究 |
| 3.1.2 理论和方法研究 |
| 3.1.3 数值模拟研究 |
| 3.2 云雾物理 |
| 3.3 大气辐射 |
| 3.4 大气电学 |
| 3.5 大气化学 |
| 3.6 大气环境 |
| 3.6.1 大气环境模式 |
| 3.6.2 大气污染效应 |
| 3.6.3 大气污染管控 |
| 3.7 大气探测与大气遥感 |
| 3.7.1 地面(海面)气象观测 |
| 3.7.2 高空气象探测 |
| 3.7.3 大气遥感 |
| 3.7.4 科学观测和科学试验 |
| 3.8 气象雷达探测 |
| 3.9 气象卫星遥感 |
| 4 21世纪以来大气物理与大气环境学科的突出研究成果 |
| 4.1 大气边界层物理 |
| 4.2 云雾物理 |
| 4.3 大气辐射 |
| 4.4 大气电学 |
| 4.5 大气化学 |
| 4.6 大气环境 |
| 4.7 大气探测与大气遥感 |
| 4.8 气象雷达探测 |
| 4.9 气象卫星遥感 |
| 5 大气物理与大气环境学科未来发展展望 |
| 5.1 大气物理 |
| 5.2 大气环境与大气化学 |
| 5.3 大气探测与大气遥感 |
（10）大气辐射传输快速计算及仿真技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 大气辐射传输计算研究现状 |
| 1.2.2 大气实时仿真研究进展 |
| 1.3 研究内容与结构 |
| 第二章 大气辐射传输理论模型 |
| 2.1 地球大气的结构和成分 |
| 2.1.1 大气结构 |
| 2.1.2 大气成分 |
| 2.2 大气中的辐射过程 |
| 2.2.1 热辐射 |
| 2.2.2 气体吸收 |
| 2.2.3 Rayleigh散射理论 |
| 2.2.4 气溶胶散射和吸收 |
| 2.2.5 地表反射 |
| 2.3 大气辐射传输快速计算模型 |
| 2.3.1 大气辐射传输参数 |
| 2.3.2 大气透过率快速计算模型 |
| 2.3.3 大气路径辐射快速计算模型 |
| 2.3.4 大气散射快速计算模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于GPU的大气计算方法 |
| 3.1 大气几何模型 |
| 3.1.1 分层球面大气模型 |
| 3.1.2 几何参数计算方法 |
| 3.2 基于GPU的并行计算技术 |
| 3.2.1 硬件结构 |
| 3.2.2 渲染管线 |
| 3.2.3 纹理内存 |
| 3.2.4 基于纹理和着色器的计算方法 |
| 3.3 大气查找表预计算方法 |
| 3.3.1 透过率纹理预计算 |
| 3.3.2 路径辐射纹理预计算 |
| 3.3.3 大气散射纹理预计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 大气辐射传输计算结果分析 |
| 4.1 吸收截面数据库计算 |
| 4.2 大气透过率计算结果分析 |
| 4.2.1 斜层路径透过率 |
| 4.2.2 临边透过率 |
| 4.3 大气辐射传输亮度计算结果分析 |
| 4.3.1 路径辐射亮度计算结果分析 |
| 4.3.2 大气散射亮度计算结果分析 |
| 4.4 计算效率分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 大气效应仿真 |
| 5.1 有效均值纹理预计算 |
| 5.2 观测模型及参数计算 |
| 5.2.1 观测模型介绍 |
| 5.2.2 几何参数计算方法 |
| 5.2.3 临边观测参数计算 |
| 5.3 均匀大气效应仿真 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法（论文参考文献）
- [1]临近空间大气星光掩星技术研究[D]. 孙明晨. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2021(01)
- [2]光谱型太阳—天光背景辐射计的研制及数据分析[D]. 戚朝阳. 中国科学技术大学, 2021(08)
- [3]太赫兹大气临边探测辐射计应用仿真研究[D]. 王文煜. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2020(04)
- [4]基于光线跟踪的飞行器尾焰图像仿真方法[D]. 戴文聪. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [5]面向想定复杂环境的电磁波信号传输模块开发[D]. 李嘉朋. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [6]星载光学成像仪快速辐射传输算法及其在模式评估中的应用研究[D]. 姚彬. 南京信息工程大学, 2020(01)
- [7]基于机器学习的大气分层透过率快速计算方法[D]. 梁红丽. 中国气象科学研究院, 2020(03)
- [8]不同海拔下大气中波红外透过率的理论研究和实际测量[D]. 王飞翔. 云南师范大学, 2020(01)
- [9]新中国成立70年来的中国大气科学研究:大气物理与大气环境篇[J]. 王体健,高太长,张宏昇,葛茂发,雷恒池,张培昌,张鹏,陆春松,刘超,张华,张强,廖宏,阚海东,冯兆忠,张义军,郄秀书,蔡旭晖,李蒙蒙,刘磊,佟胜睿. 中国科学:地球科学, 2019(12)
- [10]大气辐射传输快速计算及仿真技术研究[D]. 丁国鹏. 西安电子科技大学, 2019(02)