非均匀散射介质的二维矢量辐射传输方程

近十多年来,辐射传输(RT)理论已广泛地应用于被动和主动遥感中散射和热辐射的模式仿真计算。但是散射介质的模型大都是水平无限伸展平行分层,散射元统计均匀分布的随机介质。因此,辐射传输方程是一维的,但是,在地表遥感、大气云辐射、高温熔炉中热输送等诸多问题中,产生散射和辐射的随机介质许多是非均匀的。要研究非均匀散射介质上散射和     

大气中红外辐射传输的参数化模式

一、引言 在利用大气环流模式进行长期数值天气预报和气候模拟的研究中,需要很好地考虑辐射在大气中传输的问题。目前,已经有很多精确的方法可以计算现实的模式大气中的辐射传输,但它们都需要大量的计算机时间,因而,应用这些方法到大气环流模式中是不现实的。这就需要建立简化的辐射传输计算方案,它们要有足够的精度,但只需很少的机时。Stephens对这     

脉冲高功率10.6微米激光传输对大气的影响

由于大气吸收10.6微米激光辐射而引起的大气动力致冷效应已为理论与实验所证实。Breig推广了Wood等人的工作,考虑了在Wood等人工作中没有考虑的吸收饱和效应,给出了高功率激光辐射所诱导的大气温度变化的表达式。然而,他们分别作了定压与定容的假定。这里就提出这样一些问题,即激光在实际大气传输的过程中,在什么情况下能满足定压     

晴空大气中太阳辐射传输的近似计算

地气系统吸收来自太阳的辐射能,同时又通过长波辐射,向空间发出能量,这两种辐射能之间的平衡,决定着地球上的气候,我们已经给出了一个参数化的红外辐射传输计算方法,这里将提出一个计算大气中太阳辐射传输的近似方法。 在二流近似下,可以得到平面平行大气中向上和向下漫射的太阳辐射通量密度的解为     

0—33公里大气臭氧和气溶胶垂直分布的气球观测

臭氧是大气中的一种微量气体成分。尽管它在大气中的含量很少,但它对于人类和整个生物系统却至关重要。正是由于臭氧对太阳紫外辐射的吸收,才得以使地球上包括人类在内的整个生物界免遭过量的太阳紫外辐射之害。近年来,人类活动对臭氧含量的影响已成为一个众所关注的问题。大气臭氧含量的变化不但影响到大气中大量光化学反应,而且由于臭氧是平     

日冕磁场诊断公式的改进

日冕磁场是日冕大气中最为重要的物理量,也是理解太阳耀斑起源及其能量传输的关键。微波爆发的大多数情况是由中相对论性电子与日冕磁场相互作用的产物,因而这种辐射谱包孕着日冕磁场和高能电子的重要信息。一般说来,这种辐射的严格理论表达式十分复杂,以致无法直接从谱观测资料反演磁场强度B。1982年,Dulk和Marsh给出了一组回旋同步加速辐射的近似式后,人们尝试着利用其中的谱极大频率v_(peak):     

激光在大气传输中方向起伏规律的探讨

激光在湍流大气传输中,直接影响激光方向起伏的因素,主要是由于大气温度场的起伏而引起的大气折射率随机场的效应。 大气折射率起伏场的存在,使激光在大气中传输方向发生随机的变化,因而产生光束漂移、像点抖动等现象。     

日地关系研究

日地关系的研究,广义上说,就是研究太阳所产生的各种形式的能量是如何影响地球环境以及在日地系统各单元之中所造成的复杂的物理化学过程是如何相互作用的,即研究耦合、触发和反馈过程.日地关系研究的重点是研究太阳能量的变动部分及其如何向地球传输能量,同时也研究日地关系各单元的平均稳态状况,把它作为衡量变动的基准.太阳发射的绝大部分能量是以可见光的形式辐射到大气中来的.这种可见光与大气的作用过程是气象学研究的课题,已有一个相当长的发展史,并有它自身的规律.狭义上说,日     

大气污染物跨境传输及其对青藏高原环境影响

青藏高原拥有独特的多圈层环境系统与生态类型,对我国乃至亚洲具有重要的生态安全屏障作用.在青藏高原开展污染物跨境传输的科学考察研究,既是地表多圈层相互作用研究的重要组成部分,也是支撑国家生态环境安全的战略需求.针对第二次青藏高原综合科学考察研究的"南亚通道"关键区,结合长期站点监测和短期强化观测,本文全面综述了青藏高原大气污染物时空分布、传输过程和机理,以及污染物对气候和生态系统影响方面的新认识.从历史趋势上看,青藏高原黑碳和汞等记录,自20世纪50年代以来呈现快速上升,反映了亚洲区域大气污染物排放的快速增多.从传输过程上看,跨越喜马拉雅山的高空环流以及局地的山谷风是大气污染物跨境传输的重要途径.大气气溶胶-雪冰辐射反馈效应对青藏高原的气候变化带来一定的影响,外源污染物对青藏高原生态系统的负面影响业已凸显.未来研究中,亟待精确量化跨境污染物的输送量和影响范围,预测未来情景下污染物排放与环境健康风险的变化趋势.     

大气微波辐射与水汽的遥感

地面上接收大气的微波辐射可以遥感大气温度、湿度层结和云雨要素。在1981年9月—10月,本实验室用5 mm-1.35 cm波段中4个频段的微波辐射计进行大气遥感实验,本文讨论有关8 mm微波窗区和1.35 cm水汽吸收带大气微波辐射特性,以及用此两波段遥感大气总水汽含量的方法和实验。     

阵列瞬态电磁脉冲传输特性研究

依据均匀圆盘电流模型辐射电磁脉冲的轴线能量解析解, 给出了单元天线轴线能量传输特性的物理实质, 在此基础上, 提出了时域天线辐射电磁脉冲的点源近似模型, 并依次解析分析了阵列天线辐射电磁脉冲波束的能量传输特性, 波束宽度等特征参数. 采用基于Blumlein形成线的光导开关和超宽带槽天线一体化的辐射单元设计方法, 研制了23×16单元的阵列瞬态电磁脉冲产生系统; 在2.5 km范围内, 验证了瞬态电磁脉冲可以确定脉冲波形在自由空间传播、并具有场分量的相长叠加与波束聚焦特性等原理性概念; 在误差范围内, 理论计算与实验测试结果一致.     

保护臭氧层

抵御紫外辐射的天然屏障 臭氧由3个氧原子组成,在一般温度下呈气体状态,浅蓝色,有一种特殊的臭味。在常压下,当温度降至-112.4℃时,气体臭氧就变为暗蓝色的液体;当温度降至-251.4℃时,它凝固成紫黑色的晶体。 臭氧是空气中的氧气在放电或在太阳光紫外线的照射下形成的。其在大气中含量仅占大气的百万分之零点四,在大气平流层中以19～23公里处为最多,通常把大气中臭     

宇宙红外背景辐射之谜

天文学家知道宇宙空间中弥漫着无线电波已经20多年了。这种电波来源于大约150亿年前宇宙发生大爆炸时产生的膨胀热气体。用普通的射电望远镜便能够探测到这种“微波背景辐射”,但因为地球周围的大气吸收红外线,要探测宇宙中的红外背景辐射就不那么容易了。美国加州大学伯克利分校的理查德(P.Richards)及其研究小组将红外探测器置于无人驾驶的探空气球内,上升到地球大气的最外层进行宇宙红外背景辐射工作已有多年。虽然他们造出了世界上最好的红外探测器,但即使在最高处飞行的气球,在它上面的稀薄空气仍足     

全球变暖(上)

什么是温室效应 宇宙中的任何物体都辐射电磁波。物体的温度越高,其辐射电磁波的波长越短。太阳表面温度约6000℃,它发射的电磁波长很短,称为太阳短波辐射(其中包括可见光)。地面在接受太阳短波辐射而增温的同时,也时时刻刻向外辐射电磁波而冷却。如果没有大气,那么地球的地面平均温度应为-18℃。可是地球的地面平均温度却约为15℃,这33℃的温差主要是地球大     

沙尘直接辐射效应对东亚地气系统的影响

基于东亚-北太平洋地区太阳高度角在春季乃至由冬季到夏季的逐日变化规律, 选取 2001 年春季发生的3 次典型沙尘暴为例, 利用包含详细气溶胶辐射参数化方案的大气辐射传 输模型, 模拟研究了该地区太阳高度角的变化对东亚-北太平洋地区沙尘直接辐射效应的可能 影响. 研究结果表明, 在沙尘暴爆发时间从春初(或冬季)到春末(或夏季)的变化过程中, 由于 该地区太阳高度角逐渐增大, 导致沙尘在大气顶晴空正辐射强迫值增加、负辐射强迫值降低 甚至转变为正强迫. 具体表现为: 在地表反照率低的海洋上空, 春初到春末太阳高度角的增 加使得沙尘在大气顶负辐射强迫的值由大变小, 即对地气系统由较强的降温转变为较弱的降 温作用; 在地表反照率较高的沙漠及其周边地区, 春初到春末太阳高度角的增加导致沙尘在 大气顶辐射强迫由负值转变为正值, 即对地气系统由辐射降温逆转为辐射增温. 云天辐射强 迫的研究结果与晴空类似, 但低云的存在相当于在一定程度上增加了地表反照率, 它一方面 使得沙漠上空沙尘层由冷却地气系统到加热地气系统这一逆转过程发生的日期提前, 也导致 了沙尘在海洋上空负的辐射强迫比晴空时随着太阳高度的增加减小得更为明显, 甚至局部地 区因为低云的存在由弱的负强迫变为弱的正强迫. 这一研究结果说明, 在东亚沙漠附近地区, 即便是同等强度的沙尘暴事件, 因为发生的日期不同, 太阳高度角不同, 沙尘层在大气顶的 辐射强迫和对地气系统的影响也会因此不同甚至相反. 沙尘暴发生的时间越靠近初春或冬季, 在沙漠附近, 沙尘在大气顶辐射强迫越倾向为负值, 对地气系统表现为降温作用, 沙尘暴发 生时间越靠近春末或夏季, 由于太阳高度角的增大, 沙尘在大气顶越容易产生正辐射强迫, 对地气系统表现为增温作用. 简而言之, 即在东亚沙漠源区附近, 沙尘直接辐射效应可能呈 现“春初(冬季)降温, 春末(夏季)增温”的特征.     

广州大气气溶胶对到达地表紫外辐射的衰减

利用地表紫外辐射(UV,295～385nm)观测、太阳光度计与辐射模式定量评估了广州大气气溶胶对UV的衰减.观测表明UV谱区340nm的气溶胶光学厚度(AOD)年平均值达1.19,气溶胶光学厚度AOD340nm>1.0的年均出现频率达55%,对地表340nm紫外直接辐射的年均衰减率达68%.地表紫外辐射观测与模式评估表明全年大气对UV的平均衰减达75%,干季(10,11,12,1月)的平均衰减达72%;大气气溶胶在干季对UV的平均衰减达62%.表明目前广州城市群大气气溶胶对紫外辐射的衰减十分显著,至少一半以上的紫外辐射被大气气溶胶衰减,如此大幅度的衰减对城市生态系统、物种化学循环尤其是光化学反应过程将有重大的影响.     

陆面模式中不同植被辐射模式的对比

针对目前在陆面过程数值模拟研究中对于地表植被冠层辐射传输参数化方案精确性不足的问题,在植被二流辐射传输模式基础上新发展了一个描述太阳短波辐射在植被中传输的冠层四流辐射传输模式.为了更好地评估新发展的四流模式在模式应用中的模拟性能,依据陆面模式中定义的16种植被参数给定四流模式和二流模式独立试验中需要的参数,开展多组离线的独立理想实验,计算16种植被冠层在不同太阳高度角以及不同叶面积指数时的反照率、透射率以及吸收率.独立试验结果表明,太阳高度角对于短波在植被内的辐射传输过程影响比较显著,两个模式对于反照率、透射率和吸收率的模拟差别随不同种类植被呈现不同特征.将四流模式耦合到陆面模式中进行数值实验,结果表明,采用四流模式后,能够改善陆面模式在全球多数区域对陆面地表反照率、叶面积指数和净初级生产力的模拟结果.     

关于伽玛射线暴磁场的若干思考

伽玛暴火球激波模型虽然从整体上形象地说明了爆发后的过程和主要特征，但近年随着观测的深入，似乎也暴露了它在有些方面的考虑可能还不完全，例如它采用同步辐射近似,就相当于承认其磁场基本上是一种均匀场,而均匀场只有单一的一种形态，这无疑就将磁场强弱以外的所有其他重要信息全都抹掉了。尤其在伽玛暴激波中,其密度、压强等物理量都认为是非均匀的，怎么唯独由扰动机制产生的激波磁场又能看成均匀的呢？！ 本文仔细分析了这一问题,认为激波磁场中磁场弯曲引发的辐射可能才是主体部分,火球激波模型在解释某些最新观测结果时遇到困难,可能正是忽略了这部分辐射的缘故。如果用适合于弯曲磁场的同步-曲率辐射公式,就能很好地拟合一系列伽玛暴谱,统一解释过去难以说明的高能拐点和能量过剩现象, 并对辐射区磁场结构、产生机制以及激波加速机制做些初步的推断。     

辐射在任意非均匀林冠中的传播

迄今为止,比较系统的林冠辐射传播方程大部分是在水平均匀林冠模型中得到的。Ross等人曾得到林冠中辐射传播方程:     

21世纪环保新境界──工业无废物

２１世纪环保新境界──工业无废物程天友编译信号损失的考虑将有必要仔细研究所有可能的替代频率。考虑到由于大气吸附引起的损失，受到吸附的频率带根据大气的组成变化，大气水分的吸收率对微波辐射、红外线辐射和可见光来说特别高。对数字的调查显示，因大气水份的损失...