動(dòng)十論文毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫嚷廓線的技術(shù)研究 摘要 大氣溫度分布和變化代表了大氣熱力狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，探測大氣溫度廓線對 于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、大氣科學(xué)和氣候變化研究等都是至關(guān)重要的。為了利用毫米波輻射 計(jì)對大氣溫度廓線進(jìn)行遙感，本文對相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了研究，主要分為大氣溫度遙感 理論和毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。 首先，本文探討了大氣輻射傳輸模式的原理，分析計(jì)算了用于遙感的幾個(gè)關(guān)鍵參 數(shù)：大氣氧氣分子的吸收特性、大氣透過率、權(quán)重函數(shù)，給出仿真結(jié)果。在分析這些 主要參數(shù)的基礎(chǔ)上選擇合適的反演方法。 其次，本文通過對毫米波輻射計(jì)的工作原理、靈敏度、絕對測量精度和定標(biāo)等技 術(shù)的探討，結(jié)合大氣溫度遙感理論，分析了毫米波輻射計(jì)的通道選擇、帶寬選擇、靈 敏度、接收機(jī)設(shè)計(jì)和定標(biāo)等相關(guān)問題，使之適合大氣溫度廓線遙感。 最后，分析了整個(gè)毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)性能與遙感精度的關(guān)系，得出毫米波輻射計(jì) 的測量精度通道的缺損以及反演算法對遙感精度都有著相應(yīng)的影響，從而可以提高 遙感隋度。 關(guān)鍵詞：毫米波輻射計(jì)，大氣溫度廓線，反演算法，吸收系數(shù)，權(quán)重函數(shù) 諦i 士論文毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 a b s t r a c t f h ed i s t r i b u t i n ga n dc h a n g eo fa t m o s p h e r i c t e m p e r a t u r er e p r e s e n tt h ei m p o r t a n t p a r a m e t e ro fa t m o s p h e r i cs t a t e s e n s i n gt h ep r o f i l e o fa t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r ei sa l l i m p o r t a n tt o o l f o rt h er e s e a r c ht on u m e r i c a lw e a t h e rf o r e c a s t , a t m o s p h e r i cs c i e n c ea n d c l i m a t i cv a r i e t y b yw a yo f u s i n gm i l l i m e t e rr a d i o m e t e rt os e n s et h ep r o f i l eo f a t m o s p h e r i c t e m p e r a t u r e ，t h ep a p e rr e s e a r c h e st h ec o r r e l a t i v et e c h n o l o g y i ti n c l u d e st h er e m o t es e n s i n g t h e o r yo f a t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r ea n dam i l l i m e t e rr a d i o m e t e r f i r s t l y , t h ep a p e rd i s c u s s e st h et r a n s m i tm o d eo fa t m o s p h e r i cr a d i a t i o n ；s o m ep i v o t a l p a r a m e t e r s f o rr e m o t es e n s i n ga r ea n a l y z e da n dc a l c u l a t e d ，s u c ha st h ea b s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i co fo x y g e nm o l e c u l a r , a t m o s p h e r i ct r a n s m i s s i v i t ya n dw e i g h tf u n c t i o n o nt h e b a s e ，t h ep a p e rs e l e c t st h ea p p r o p r i a t er e t r i e v a lm e t h o d s e c o n d l y ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ew o r kp r i n c i p l e ，s e n s i t i v i t y , a b s o l u t em e a s u r e m e n t p r e c i s i o n , c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g yo f am i l l i m e t e rr a d i o m e t e r w i t hr e m o t es e n s i n gt h e o r yo f a t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e ，t h ep a p e ra n a l y s e st h es e l e c to fc h a n n e l s ，b a n d w i d t h , r a d i o m e t e r d e s i g na n dc a l i b r a t i o no fam i l l i m e t e rr a d i o m e t e r , w h i c hi sa d a p t e dt o s e n s et h e a t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e f i n a l l y , t h ep a p e ra n a l y s e s t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i l l i m e t e rr a d i o m e t e r s p e r f o r m a n c ea n dr e m o t es e n s i n gp r e c i s i o n i ti se d u c e dt h a tm e a s u r e m e n tp r e c i s i o n , t h e s h o r t0 1 d a m a g eo f t h ec h a n n e l so f m i l l i m e t e rr a d i o m e t e ra n dr e t r i e v a lf i g u r ec a na f f e c tt h e r e m o t es e n s i n gp r e c i s i o n k e y w o r d s ：m i l l i m e t e rr a d i o m e t e r , p r o f i l eo fa t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e ， r e t r i e v a lf i g u r e ，a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ，w e i g h tf u n c t i o n 聲明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在 本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā) 表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W 歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明。 研究生簽名：巡。南年6 月加日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱 或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送 交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容。對 二保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 碭。= 究生簽名：二b 知b 年6 月d 日 擎 碩論文 毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 1 緒論 1 1 前言 從上世紀(jì)4 0 年代開始，許多國家廣泛地研制和試用地基，機(jī)載和星載的微波輻射 計(jì)。微波輻射計(jì)是用來測量物體微波輻射能量的儀器，它本身不發(fā)射信號(hào)，但能被動(dòng) 接收物體的輻射信號(hào)。它具有非常高的靈敏度，能夠測量出物體十分微弱的熱輻射信 號(hào)，既具有良好的保密性，又能做到體積小、功率省、成本低。7 0 年代后期以來，毫 米波元器件與電子技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了毫米波輻射計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著微波遙感 跨進(jìn)空間遙感的領(lǐng)域，微波遙感可以彌補(bǔ)紅外遙感和可見光遙感等在探測性能上的不 足，具有許多突出優(yōu)點(diǎn)i l j 。 近年來，微波遙感成為大氣探測的主要手段，微波雷達(dá)己成功用于各種氣象參數(shù) 的測量中。利用微波輻射計(jì)進(jìn)行大氣微波遙感是被動(dòng)式的大氣微波遙感，依據(jù)觀測平 臺(tái)的不同可以分為星載、機(jī)載和地基大氣微波遙感。被動(dòng)式大氣微波遙感主要應(yīng)用于 探測大氣溫度廓線、大氣濕度廓線、大氣成分和地表溫度、土壤濕度、水面油污染等 她表特征。 作為大氣探測的一種新興技術(shù)，大氣微波遙感不但能夠彌補(bǔ)普通常規(guī)大氣探測資 利的不足和克服常規(guī)大氣探測在應(yīng)用中存在的某些局限性，而且還能獲得研究大氣結(jié) 構(gòu)等方面新穎有價(jià)值的氣象資料，在實(shí)時(shí)性、全天候和測量準(zhǔn)確度方面具有很大的優(yōu) 勢。 1 2 本課題的意義 大氣溫度分布和變化代表了大氣熱力狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，探測大氣溫度廓線對 于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、大氣科學(xué)和氣候變化研究等都是至關(guān)重要的。雖然微波輻射計(jì)遙感 大氣溫度廓線在垂直分辨率上無法與無線電探空儀相比，但是，微波輻射計(jì)遙感時(shí)間 分辨率高、實(shí)時(shí)性好、自動(dòng)控制容易、覆蓋范圍大，且能全天候工作，可提供海洋沙 漠等人煙稀少地區(qū)的資料。這些優(yōu)點(diǎn)使得利用微波輻射計(jì)遙感大氣溫度受到了重視。 那么探討如何利用微波輻射計(jì)進(jìn)行遙感以及相應(yīng)微波輻射計(jì)的設(shè)計(jì)就是非常重要的 事情，也是本課題中的意義所在。 1 3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1 9 6 1 年m e e k s 等首先提出了利用大氣氧分子5 毫米微波輻射測量大氣溫度廓線的 有關(guān)問題【”，并根據(jù)v mv l e c k 的理論分析p a 及m i z u s h i m a , z i m m e r 等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 指出氧氣的5 毫米吸收帶組成1 2 】 1 碩卜論文 毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 根據(jù)特定高度的氧氣分子的吸收特性與頻率有關(guān)的大氣頻譜特性來選擇探測裝 置的工作頻率以及通道數(shù)，選用5 0 g h z , - 6 0 g h z 的5 毫米氧氣吸收譜線兩側(cè)進(jìn)行多頻觀 測，利用每一個(gè)頻率對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)有一個(gè)極大值，通過對不同頻率的諧振峰值高度 上的大氣溫度，從而得到大氣溫度分布廓線。t i r o s n 的m s u 由4 個(gè)通道組成，采用 了兩副天線，5 0 3 g h z 為窗區(qū)通道，用于探測地表溫度特性，3 個(gè)氧氣諧振帶通道( 5 3 7 4 g h z ，5 4 9 6g h z ，5 7 9 5g h z ) 分別用于探測5 、1 0 、1 7 k m 高度的大氣溫度 3 1 。1 9 7 9 年發(fā)射的國防氣象衛(wèi)星( d m s p ) 載有s s m i r 微波輻射計(jì)，測溫采用了7 個(gè)通道：5 0 5 、 5 3 2 、5 4 2 5 、5 4 9 6 、5 8 5 、5 8 8 2 5 以及5 9 5 ( g h z ) ，相應(yīng)的權(quán)重函數(shù)峰值高度分別為 0 、2 、6 、1 0 、3 0 、1 6 、2 2 k m 。9 0 年代中期以后，為t i r o s n n o a a 系列衛(wèi)星設(shè)計(jì)的 a m s u 將取代m s u ，其主要用于探測大氣溫度垂直廓線的a m s u - a 包括了1 5 個(gè)通道 1 4 1 ：5 0 g h z - - 6 0 g h z 范圍內(nèi)有1 2 個(gè)通道，為主要的測溫通道。此外還增加了2 3 8g h z 、 3 1 4g i - l z 、8 9g h z 3 個(gè)輔助探測通道，用于檢測和消除云層、水汽、地面背景干擾和 污染，提高了溫度反演精度。 1 4 本文的研究內(nèi)容和主要工作 本文的主要研究內(nèi)容是毫米波輻射計(jì)在大氣溫度廓線遙感和反演中的相關(guān)技術(shù) 研究，本文的主要工作如下： ( 1 )5 m m 頻段氧氣吸收帶的吸收特征 分析氧氣分子5 m m 頻段吸收帶的吸收特征，計(jì)算了不同高度和不同頻率的氧氣吸 收系數(shù)。并且對兩種線寬模式( r 、模式和m l 模式) 進(jìn)行比較，得出在5 m m 頻段微波 輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線時(shí)r ，模式更適合。 ( 2 )大氣毫米波遙感方法的探討 分析大氣毫米波遙感的原理和特點(diǎn)，空日】和地面探測的異同，得出了地基毫米波 輻射計(jì)遙感可以有效遙感低層大氣( 1 0 k m 以下) 的溫度廓線，星載毫米波輻射計(jì)可 以有效遙感5 k m 以上大氣的溫度廓線。 分析毫米波遙感大氣溫度輻射方程特性，大氣透過率和權(quán)重函數(shù)的計(jì)算以及牛頓 非線性迭代反演算法。得出了上行和下行大氣輻射方程的特性、不同觀測高度和觀測 角度的大氣透過率以及氧氣分子的大氣透過率、星載毫米波輻射計(jì)七個(gè)遙感通道和地 基毫米波輻射計(jì)四個(gè)通道的權(quán)重函數(shù)。 ( 3 )毫米波輻射計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)的研究 分析了地基毫米波輻射計(jì)的探測通道和通道組合、毫米波輻射計(jì)帶寬選擇、天線 的帶寬和多通道共用問題、毫米波輻射計(jì)的絕對測量精度、毫米波輻射計(jì)的周期定標(biāo) 技術(shù)、系統(tǒng)性能和遙感精度的關(guān)系，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。 2 碩士論文毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度膀線的技術(shù)研究 2 大氣輻射傳輸和微波遙感 e 太陽向地球不斷的輻射能量，地球也向空間輻射能量，不同氣層之間以及大氣和 地面之間也存在著以輻射傳輸來進(jìn)行能量交換。太陽輻射經(jīng)過地球大氣層照射到地 面，經(jīng)過與地面物體的作用又反射回大氣，再經(jīng)過大氣傳輸?shù)竭_(dá)各種輻射遙感測量儀 器。因此，大氣中的毫米波輻射對遙感的影響很大，所以對大氣輻射傳輸理論的研究 在毫米波遙感中占有重要的地位。掌握了大氣各成分的微波散射、吸收和發(fā)射特性， 才能研究微波輻射計(jì)測量技術(shù)在大氣毫米波遙感中的應(yīng)用，并且能夠?qū)μ幚泶髿夂撩?波輻射遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行修正f 5 】。隨著大氣輻射理論的建立和迅速發(fā)展，越來越多的遙感 技術(shù)和氣象衛(wèi)星投入到大氣毫米波遙感這個(gè)領(lǐng)域中來。 2 1 大氣成分和吸收氣體 大氣由多種氣體成分和氣溶膠微粒組成，有些氣體成分相對含量少變，稱為均勻 混合氣體，如d ，、n ，、c 0 2 等。根據(jù)1 9 7 6 年美國標(biāo)準(zhǔn)大氣模型的數(shù)據(jù)【6 j ，在海平面 上的d ，分子和分子所占的體積分別為大氣的2 0 9 4 7 6 和7 8 0 8 4 。由于人工燃燒 燃料致使c 0 2 在大氣中含量逐年不斷增加，有些氣體成分相對含量隨季節(jié)、地區(qū)、高 度等而變化，稱為可變成分氣體，如日，0 、d 3 等，其中日：0 主要分布在對流層，時(shí) 空變化很大，a 主要集中在平流層，在2 5 3 0 k m 之間含量最高。大氣中還漂浮著很 多塵埃顆粒、水滴、冰晶等固體和液體微粒，這些統(tǒng)稱為氣溶膠。 晴空大氣對微波的衰減主要是由于大氣分子的吸收造成的，分子對微波的散射作 用可以忽略不計(jì)。大氣對微波和毫米波的吸收包括氣體分子和云雨的吸收，塵埃威力 的影響可以忽略不計(jì)。大氣中主要的吸收氣體是0 ，和h ，o ，g 也有定程度的吸收。 其他一些微量氣體以及污染氣體成分也都有各自的吸收區(qū)，而且就其吸收線的強(qiáng)度來 說，可以與b 和風(fēng)o 相比擬，但是由于它們在大氣中的含量十分稀少，因而識(shí)對大 氣的微波和毫米波的吸收和發(fā)射過程不起什么作用。日，o 含量盡管不大，但在大氣 輻射中起這重要作用。大氣中h ：o 含量隨氣壓下降而迅速減少，同時(shí)2 d 含量也隨 著緯度的降低而減少。5 0 以上的h ，o 都集中在8 5 0 h p a 以下，9 0 以上都集中在 5 0 0 h p a 以下。在5 0 公里以下的大氣層內(nèi)，d ，的混合比不隨高度而改變，這就為利用 識(shí)的毫米波輻射遙感大氣溫度結(jié)構(gòu)提供了有利條件，所以研究d 2 的吸收特性是本課 題的一個(gè)重點(diǎn)。 2 2 大氣氧氣分子的吸收特性 大氣吸收衰減與多方面因素有關(guān)，但在微波和毫米波波段，主要源于0 2 、日2 0 的 噘收和散射。由于大氣中的b 和h ：0 分子遠(yuǎn)小于微波波長，因此可以忽略由于島和 碩 論文毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 日：o 分子的散射對大氣衰減的貢獻(xiàn)，而認(rèn)為衰減主要是由吸收造成的。 1 d 1 魯 珂 _ 謇s 1 0 - 2 1 0 0 1 02 0 s o 4 05 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 頻率( g h z ) 圖2 2 1 大氣微波和毫米波吸收譜 由分子光譜與輻射理論可知，大氣本身能夠放射微波和毫米波輻射，大氣是熱噪 聲源大氣微波和毫米波輻射的特性依賴于大氣對微波和毫米波的吸收，在對流層中。 大氣中的主要吸收成分，即d ，、日，d 和云雨等的微波和毫米波吸收構(gòu)成了大氣微波 和毫米波吸收譜，如圖2 2 1 所示。水汽在2 2 g h z 附近有一個(gè)吸收帶，5 0 7 0 g h z 范 圍是氧氣分子的強(qiáng)吸收帶即0 1 的5 毫米吸收帶。 根據(jù)基爾霍夫定律【5 1 ：物體對于某個(gè)波段有強(qiáng)烈的吸收，同時(shí)必然在該波段有強(qiáng)烈 的輻射，并且在5 0 公里以下的大氣層中0 2 的混合比不隨高度的變化而變化，因此在 微波段和毫米波的大氣窗口中，d 分子5 毫米微波吸收帶經(jīng)常被用于探測大氣溫度 廓線。利用a 分子在5 毫米吸收帶的吸收特性，地基毫米波輻射計(jì)可以有效的探測低 層大氣溫度分布，尤其是對流層和平流層大氣溫度的分布廓線。而星載毫米波輻射計(jì) 則可以有效的探測到5 公暈以上大氣的溫度廓線。所以，對氧氣在5 毫米吸收帶的頻 譜特性進(jìn)行研究將有助于探測大氣溫度廓線。 氧氣的毫米波吸收譜是由許多分布在5 0 7 0 g i - i z 頻率范圍上的吸收譜線和在 1 1 8 7 5 g h z 的附加譜線所組成。在地球大氣層下部的氣壓特性下，壓致增寬引起譜線 的線叢混合在一起，形成一個(gè)中心為6 0 g h z 附近的連續(xù)吸收帶。 計(jì)算氧氣6 0 g h z 線叢的吸收譜的慣用方法是采用v a nv l e c k - w e i s s k o p f ( 1 9 4 5 ) 的 線形函數(shù)因子將各譜線引起的吸收系數(shù)相加i l 】。v a n v l e c k - w e i s s k o p f 從理論上確定了 氧氣微波吸收特性以來，經(jīng)過m i z u s h i m a ，h i l l ，z i m m e r ，w i l h e i t 等人的實(shí)測，確定 了5 毫米頻段氧氣吸收帶各對共振吸收線的中心頻率【1 】，見表2 2 1 。 4 碩十論文 毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 表2 2 1 氧氣5 毫米頻段吸收帶的中心譜線 譜線序列共振譜線頻率( g h z ) 干擾參數(shù)( h p a “) n y “ ，“ y +巧一 】5 6 ，2 6 4 81 1 8 7 5 0 54 ，5 】e - 4- 2 ，1 4 e 5 35 8 4 4 6 66 2 4 8 6 34 9 4 e 4- 7 7 8 e 4 55 9 5 9 1 06 0 3 0 6 l3 5 2 e - 43 9 2 e - 4 76 0 4 3 4 85 9 1 6 4 21 8 6 e 4- 2 6 8 b 4 96 1 1 5 0 65 8 3 2 3 93 3 0 e 一5- 1 1 3 e 4 l l6 1 8 0 0 25 7 6 1 2 5一1 0 3 e - 43 4 4 e 5 1 3 6 2 4 1 1 2 5 6 9 6 8 2 2 2 3 e _ 4 1 6 5 e - 4 1 56 2 9 9 8 05 6 3 6 3 43 3 2 e - 42 8 4 e 4 1 76 3 5 6 8 55 5 7 8 3 94 3 2 e - 43 9 l e - 4 1 9“1 2 7 2 5 5 2 2 1 4 5 2 6 e 44 9 3 b - 4 2 l6 4 6 7 7 95 4 6 7 2 8- 6 1 3 e 45 8 4 8 5 2 36 5 2 2 4 0 5 4 1 2 9 46 9 9 e 46 7 6 e _ 4 2 56 5 7 6 2 65 3 5 9 6 07 7 4 e - 47 5 5 e - 4 2 76 6 2 9 1 85 3 0 6 9 58 6 l e _ 48 4 7 e 4 2 96 6 8 3 1 35 2 5 4 5 89 1 1 e - 49 o t e 4 3 16 7 3 6 2 75 2 0 2 5 9- 1 0 3 e 31 0 3 e - 3 3 36 7 8 9 2 35 1 5 0 9 l ， 9 8 7 e - 49 8 6 e - 4 3 56 8 4 2 0 55 0 9 9 4 9- 1 3 2 e - 31 3 3 e 3 3 76 8 9 4 7 85 0 4 8 3 0- 7 0 7 e - 47 o l e - 4 3 96 9 4 7 4 14 9 9 7 3 02 5 8 e 32 6 4 e - 3 4 l7 0 0 0 0 04 9 4 6 4 8 4 37 0 5 2 4 94 8 9 5 8 2 4 5 7 1 0 4 9 7 4 8 4 5 3 0 自2 0 世紀(jì)6 0 年代以來，很多的科學(xué)家為此進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，得到了多種 對氧氣5 毫米頻段吸收譜線計(jì)算的模式。其中應(yīng)用比較廣泛的有m e e kl i l l y ( 1 9 6 3 ) 的m - l 模式 1 1 、r e b e r ( 1 9 7 2 ) 的最模式【l 】、r o s e n k r a n z e ( 1 9 7 5 ) 得出的r o s e n k r a n z e 模 式【2 1 、l i e b e ( 1 9 8 5 ) 年提出的l i e b e 模式等嘲。 2 2 1m l 模式 根據(jù)m l 模型1 1 1 ，大氣中氧氣分子的吸收系數(shù)為： = c j p t 2 p 喝” 在式( 2 2 1 ) 中當(dāng)口m 的單位取d b k m 時(shí)c l - 2 6 7 4 2 ； ( 2 2 1 ) 顧l + 論文 毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的捷術(shù)翌墮 p 為氣壓( 毫米汞柱) ； t 為絕對溫度( k ) ； p 為頻率( g h z ) ： e 。= 2 0 6 8 4 4 n ( n + 1 ) t ，f 。為轉(zhuǎn)動(dòng)能級 n 是從1 到4 5 里面的奇數(shù)，為轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)； ( 2 2 2 ) 晶= 2 + 目+ + 2 r 一目+ 2 。r o ，稱為譜線強(qiáng)度。 ( 2 2 3 ) 在式( 2 2 3 ) 中?。捍硌醴肿哟排紭O共振躍遷矩陣元，。代表非共振躍遷矩 陣元。 a 2 肌= n ( 2 n + 3 ) ( n + 1 ) ； 弘2 = ( 2 一1 ) ( + 1 ) ，； u 2 o = 2 ( n 2 + + 1 ) ( 2 + 1 ) ，( + 1 ) ： 目+ = 石瓦a 而v p+ 麗瓦a 兩v p ； f 一= 石瓦a 麗v e+ 而瓦a 而v e ； f 。= i f a 而v p ，f 為譜線形狀因子； a v 。為壓力加寬半寬度，與溫度和壓力有關(guān) 嵋- g ( p ) 去( ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) 式( 2 2 1 0 ) 中瓦和風(fēng)為參考溫度和參考大氣壓，參考值分別3 0 0 k 和7 6 0 毫米 汞柱。根據(jù)m e e k s 和l i l l e y 的實(shí)測資料，a v p 在不同高度標(biāo)準(zhǔn)大氣的值如表2 2 2 所示。 高度( 公里) 024 68 1 0 l ( g h z m - l ) 0 6 6 60 5 4 80 4 4 6 0 3 5 90 2 8 6 0 2 8 1 6 碩士論文 毫米波輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 a ( g h zr 1 ) 0 5 3 50 4 4 60 3 6 90 3 0 4o 2 4 90 2 0 2 ， 高度( 公里) 1 21 41 82 22 6 3 0 v 。( g l - l zm - l ) 0 2 5 60 2 1 00 1 2 80 0 7 30 0 4 00 0 2 1 a v 口( g h z 胄1 ) 0 1 6 l0 1 2 70 0 8 30 0 5 30 0 4 20 0 2 2 根據(jù)式( 2 2 1 ) ，可以得到在5 m m 氧氣吸收帶從0 到3 0 k m 不同高度的氧吸收系數(shù) ( d w k m ) ，在表2 2 3 中列出了根據(jù)m l 模式計(jì)算得到0 、2 、4 、6 、1 2 、1 8 、2 6 、3 0 k i n 在5 0 7 0g h z 處氧氣分子的吸收系數(shù)，單位為d b k m 。 表2 2 3 根據(jù)m l 模式計(jì)算得到的氧氣分子吸收系數(shù) 頻率 o k m2 k m4 k i n6 k m1 2 k i n1 8 k m2 6 k m3 0 k i n g h z 5 0 0 2 5 9 3 8o 1 8 0 3 40 1 2 2 9 9 0 0 5 4 0 5o0 3 0 3 9 00 0 5 9 45 1 9 e 4l4 8 e - 4 5 0 102 6 7 80 1 8 6 10 1 2 6 8 40 0 5 5 6 6o0 3 1 2 700 0 6 “52 8 蹦1 4 7 e 4 5 0 2 0 2 7 6 6 9 0 1 9 2 1 8 0 1 3 0 9 0 0 5 7 3 50 0 3 2 1 8 0 0 0 6 2 85 4 4 8 41 5 2 b _ 4 5 0 ，0 2 8 6 0 sn 1 9 8 6n 1 3 5 1 90 0 5 9 1 40 3 1 40 0 0 6 4 75 6 l e - 41 5 7 e - 4 5 0 4 0 2 9 6 0 l 0 2 0 5 3 90 1 3 9 7 20 0 6 1 0 40 0 3 4 1 6 00 0 6 6 85 s 4 e - 41 6 4 e - 4 5 0503 0 6 5 3o 2 1 2 5 80 1 4 4 5 l00 6 3 0 20 0 3 5 2 20 0 0 6 96 2 8 e - 4l9 6 e 4 5 0 6 03 1 7 6 902 2 0 2 l0 1 4 9 5 9 00 6 5 l0 0 3 6 3 20 0 0 7 l 6 1 8 e - 4l7 3 e - 4 5 0703 2 9 5 50 2 2 8 3 20 1 5 4 9 90 0 6 7 3 20 0 3 7 4 9o0 0 7 3 36 3 7 e - 4i7 8 e 4 5 080 3 4 2 1 6 0 2 3 6 9 7 0 1 6 0 7 60 0 6 9 70 0 3 8 7 4 o0 0 7 5 86 6 18 5 e - 4 5 0 903 5 5 60 2 4 6 1 90 1 6 6 9 20 0 7 2 2 70 0 4 0 0 700 0 7 8 869 9 e - 41 9 8 e - 4 5 l0 3 6 9 9 30 2 5 6 0 20 1 7 3 4 70 0 7 4 9 60 0 4 1 4 70 0 0 8 28 4 7 e - 436 6 8 4 5 i 10 3 8 5 2 20 2 6 6 s 30 1 8 0 4 50 0 7 7 7 60 0 4 2 9 20o 0 9 4 474 6 蹦2 1 5 l20 4 0 1 5 90 2 7 7 8 0 1 8 7 9 7 0 0 8 0 7 80 0 4 4 4 80 0 0 8 7 3 7 6 3 e 42 1 4 e - 4 5 i 30 4 1 9 1 3o 2 8 9 9 40 1 9 6 1 lo 衄4 1 50 0 4 6 1 80 0 0 9 0 87 9 8 e 42 2 4 e - 4 5 l40 4 3 7 9 4o 3 0 2 9 90 2 0 4 9 20 0 8 7 8 80 0 4 9 0 60 0 0 9 5 687 e - 42 4 9 e - 4 5 1 50 4 5 8 1 20 3 1 7 0 10 2 1 4 3 40 0 9 1 800 5 0 0 20 0 1 0 1 3 o0 0 1 3 37 5 1 e - 4 5 1 60 4 7 9 7 803 3 2 0 7o2 2 4 4 20 0 9 5 7 80 0 5 2 0 20 0 1 0 3 996 6 e - 427 9 e 4 5 1 70 5 0 3 l l0 3 4 8 3 6 0 2 3 5 3 70 l 0 0 5 4 1 80 0 1 0 7 2 9 5 e - 4 26 9 e - 4 5 l80 5 2 8 2 50 3 6 6 0 60 2 4 7 4 30 1 0 5 1 50 0 5 6 6 60 0 1 1 2 6oo o l2 8 4 e - 4 5 1 9 05 5 5 3 603 8 5 2 70 2 6 0 6 60 1 1 1 0 3 0 0 5 9 5 3 0 0 1 2 1 2o0 0 1 1 5 33 l e - 4 5 20 5 8 4 5 60 4 0 5 9 90 2 7 4 90 1 1 7 2 900 6 2 5 800 1 3 3 500 0 2 2 10 0 0 1 0 5 5 2 l0 6 1 6 0 10 4 2 8 3 3 02 9 0 0 9 0 1 2 3 3 30 0 6 5 5 3o o l 3 6 7 00 0 1 4 84 5 4 e - 4 5 2 20 6 4 9 9 90 4 5 2 5 9o 3 0 6 6 60 1 2 9 7 40 0 6 8 6 4o o l 3 8 60 0 0 1 2 73 6 2 e - 4 5 2 30 6 8 6 7 70 4 7 9 1 50 3 2 5 1 70 1 3 7 70 0 7 2 4 80 0 1 4 6 80 0 0 1 3 438 3 e 4 5 2 4 0 7 2 6 5 505 0 8 1 80 3 4 5 8 20 1 4 7 6 3 0 0 7 7 2 7 0 0 1 6 3 50 0 0 1 6 l47 2 e 4 5 25 07 6 9 4 605 3 9 5 803 6 8 1 5 0 1 5 8 4 90 0 8 2 5 6o 0 1 9 2 6 0 0 0 3 5 6 o0 0 1 4 2 7 碩士論文毫米被輻射計(jì)遙感大氣溫度廓線的技術(shù)研究 5 2 608 1 5 7 l0 5 7 3 3 80 3 9 1 7 90 1 6 8 3 40 0 8 7 2 90 0 2 0 0 30 0 0 3 0 90 0 0 1 0 9 5 2 708 6 5 70 6 l 0 0 90 4 1 7 3 8o 1 7 7 9 90 0 9 1 8 60 0 1 9 3 70 0 0 1 8 754 6 蹦 5 2 80 9 1 9 8 90 6 5 0 4 90 4 4 6 3 3o 1 9 0 6 30 0 9 7 9 30 0 2 0 4 20 0 0 1 9 i55 2 e 4 5 2 90 9 7 8 5 70 6 9 4 9 80 4 7 9 3 30 2 0 7 9 70 1 0 6 40 0 2 3 5 2o0 0 2 3 87o i e - 4 5 3 10 4 1 807 4 3 2 40 5 1 5 4 6 o 2 2 8 2 90 1 1 6 5 400 3 0 0 8o0 0 5 1 2 00 0 1 7 6 5 3l 1 1 0 9 6 0 7 9 4 8 40 5 5 3 2 802 4 6 3 90 1 2 5 4 10 0 3 4 10 0 1 0 4 6o0 0 5 3 9 5 3 21 1 8 2 3 208 5 0 t 905 9 3 2 40 2 6 1 7 l0 1 3 2 4 90 0 3 0 6 50 0 0 3 3 60 0 0 1 0 l 5 3 3 i 2 6 0 5 l0 9 1 0 50 6 3 7 8 902 8 1 6 30 1 4 2 1 4 0 0 3 1 2 9 0 0 0 3 0 5 8 9 2 e - 4 5 341 3 4 4 5 509 7 6 4 40 6 8 8 8 。3o 3 1 1 4 10 1 5 7 3 2o 0 3 7 40 0 0 3 9 9 00 0 1 1 8 5 3 5i4 3 4 3 710 4 7 2 70 7 4 4 20 3 4 7 5 80 1 7 6 50 0 5 2 2 800 0 9 8 1o0 0 3 3 4 5 3 6 i5 2 9 9 91 1 2 1 90 8 0 0 4 3 0 3 7 7 2 9 0 1 9 1 8 2 0 0 6 2 6 l 0 0 2 7 7 10 0 1 6 9 7 5 3 7l6 3 2 1 31 2 0 i l0 8 5 7 8 90 3 9 6 7 80 2 0 0 4 80 0 5 1 3 30 0 0 6 30 0 0 1 9 3 5 3 81 7 4 2 2 5l2 8 7 8 70 9 2 2 4 50 4 2 2 l lo 2 1 2 6 40 0 4 8 40 0 0 4 8 lo o o l 4 1 5 3 9 l8 6 1 4 8 i3 8 4 7 7 09 9 9 6 3 04 6 7 5 5 o 2 3 “7 0 0 5 5 9 2 o 0 0 5 70 0 0 1 6 7 5 4l9 8 9 7 51 4 9 1 2 ll0 8 8 30 5 3 3 6 70 2 7 30 0 7 8 4 l00 1 0 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