大气传输模型

[转载]大气辐射传输模型已有 968 次阅读2010-11-6 14:31|个人分类:未分类|系统分类:科普集锦|关键词:辐射传输转自/s/blog_4b700c4c0100jgl7.html相对辐射校正和绝对辐射校正基于物理模型的绝对辐射校是利用一系列参数(例如，卫星过境时的地物反射率，大气的能见度，太阳天顶角和卫星传感器的标定参数等)将遥感图像进行校正的方法。

仪器引起的误差畸变一般在数据生产过程中由生产单位根据传感器参数进行了校正。

对于用户来所，绝对辐射校正的方法主要是辐射传输模型法，该方法校正精度较高，它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气校正的方法。

由于有不同的不同的假设条件和适用的范围，因此产生很多可选择的大气较正模型，例如 6S模型、LOWTRAN模型、MODTRAN模型、ATCOR模型等。

基于统计模型的相对辐射校正,主要包括不变目标法、黑暗像元法与直方图匹配法等等。

不变目标法假定图像上存在具有较稳定反射辐射特性的像元，并且可确定这些像元的地理意义，那么就称这些像元为不变目标，这些不变目标在不同时相的遥感图像上的反射率将存在一种线性关系。

当确定了不变目标以及它们在不同时相遥感图像中反射率的这种线性关系，就可以对遥感图像进行大气校正。

黑暗像元法的基本原理就是在假定待校正的遥感图像上存在黑暗像元区域、地表朗伯面反射、大气性质均一，忽略大气多次散射辐照作用和邻近像元漫反射作用的前提下，反射率很小的黑暗像元由于大气的影响，而使得这些像元的反射率相对增加，可以认为这部分增加的反射率是由于大气程辐射的影响产生的。

利用黑暗像元值计算出程辐射，并代入适当的大气校正模型，获得相应的参数后，通过计算就得到了地物真实的反射率。

直方图匹配法是指如果确定某个没有受到大气影响的区域和受到大气影响的区域的反射率是相同的，并且可以确定出不受影响的区域，就可以利用它的直方图对受影响地区的直方图进行匹配处理。

sciatran 辐射传输模式Sciatran辐射传输模式Sciatran辐射传输模式是一种用于描述大气辐射传输的模型。

它是由美国国家航空航天局（NASA）开发的，可以模拟和预测大气中各种辐射的传输和散射过程。

Sciatran模型在气象、环境科学和遥感等领域中得到广泛应用，对于研究大气辐射和气候变化具有重要意义。

Sciatran模型基于辐射传输方程，通过计算大气中辐射的吸收、散射和发射等过程，可以得到大气中各个高度上的辐射能量分布。

这对于了解大气中能量的分布和平衡非常重要，也可以为其他相关研究提供基础数据。

Sciatran模型考虑了大气的各种成分和参数，如水汽、云、气溶胶等，这些因素对辐射传输过程有重要影响。

模型还考虑了大气的垂直分层结构和地表特征，以及太阳辐射和地球辐射的入射角等因素。

通过考虑这些因素，Sciatran模型可以更准确地模拟大气中辐射的传输和散射过程。

Sciatran模型还可以用于模拟和预测不同地区和不同季节的大气辐射特征。

通过输入不同的大气参数和条件，可以得到不同地点和时间段的辐射能量分布图。

这对于研究地球辐射平衡、气候变化和环境影响等具有重要意义。

Sciatran模型的使用需要输入大量的大气和地表参数，如气温、湿度、气压、云量、气溶胶浓度等。

这些参数的准确性对于模型的结果具有重要影响。

因此，为了得到准确的辐射传输模拟结果，需要对这些参数进行精确测量和数据处理。

Sciatran模型还可以与其他模型和数据进行耦合，以得到更全面和准确的辐射传输模拟结果。

例如，可以将Sciatran模型与气象模型和地表模型进行耦合，以考虑大气和地表的相互作用。

这样可以更好地模拟大气辐射传输的复杂过程。

Sciatran辐射传输模式是一种用于模拟和预测大气辐射传输的重要工具。

它可以模拟大气中各种辐射的传输和散射过程，对于研究大气辐射和气候变化具有重要意义。

通过精确测量和处理大气和地表参数，以及与其他模型和数据进行耦合，可以得到准确和全面的辐射传输模拟结果。

1. 收集大气校正所需信息：大气传输模型参数：收集用于大气校正的大气传输模型参数，这通常包括大气水汽含量、气溶胶光学厚度等。

这些参数可以通过气象站观测、气象模型、气象卫星数据等获取。

太阳和观测几何信息：获取影像获取时的太阳天顶角、太阳方位角，以及观测天顶角、观测方位角等信息。

这些参数对于计算大气校正时的辐射传输很重要。

2. 选择大气校正模型：选择适当的大气校正模型是关键的一步。

不同的模型适用于不同的气象条件和传感器特性。

一些常见的大气校正模型包括：●标准大气模型（Standard Atmospheric Model）：基于大气中的吸收和散射的基本物理过程，考虑水汽、气溶胶、气体等的影响。

●MODTRAN（Moderate Resolution Atmospheric Transmission）：这是一个用于计算大气传输的计算机程序，可以模拟大气吸收、散射等效应。

●6S模型（Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum）：用于计算太阳光在大气中传输和反射的模型，适用于辐射度校正。

3. 执行大气校正：获取遥感数据：获取待处理的遥感图像数据，包括可见光和红外波段的多光谱或高光谱数据。

计算大气校正所需参数：利用收集的大气传输模型参数和太阳、观测几何信息，计算大气校正所需的参数。

执行大气校正计算：利用选定的大气校正模型，将原始数字值转换为辐射度或反射率。

这个步骤通常包括对每个波段进行单独的校正。

可选：反射率计算：对于可见光和红外波段，可以将辐射度进一步转换为反射率，以便更好地比较不同波段的数据。

4. 验证和调整：验证结果：验证大气校正的效果，检查校正后的图像是否更加真实地反映了地表的特征。

调整参数：根据验证结果，可能需要调整大气传输模型参数，以获得更准确的校正效果。

注意事项：●大气校正的精确性受到大气条件的影响，例如云量、气溶胶浓度等。

第16卷第2期强激光与粒子束Vol.16，No.2 2004年2月HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Feb.，2004文章编号：1001-4322（2004）02-0149-05大气辐射传输模型的比较研究*孙毅义，董浩，毕朝辉，李治平（烟台大学数学与信息科学系，山东烟台264005）摘要：讨论了三种通用的大气辐射传输模型的特点和使用限制，用辐射传输定律作了数值检验，并与实验测量资料作了比较。

结果表明，氧碘激光和氟化氢泛频20P4激光谱线大气透过率的计算值与实验测量值吻合，氟化氢泛频20P5却出现严重偏差。

还研究了大气气溶胶种类对大气透过率计算和测量的严重影响。

关键词：大气传输模型；大气透过率；激光大气传输；FASCODE；MODTRAN；LOWTRAN；HITRAN中图分类号：O438；P421 文献标识码：A光辐射在大气中传输受到大气吸收和散射的影响，使到达接收系统的光辐射能量减弱，同时光辐射也携带了大气本身的信息。

根据不同的应用目的，人们将把辐射源的波长选择在“大气窗口”以增加到达接收系统的能量，或选择在特定分子成分的吸收峰附近以测量传输路径上这类分子成分的含量。

尽管应用目的不同，它们都需要定量地求得测量时刻的大气透过率和辐射效应，正确地解释观测（遥感）资料。

为此，大气传输模型一直为光电测量系统的设计人员和一些与地球大气中辐射传输有关的研究（如环境监测、气候学、气象学、激光传输及红外成像技术）所关注，光辐射大气传输模型的研究和应用越来越受到重视。

经过大量大气科学工作者三十多年的努力，已经成功地开发并建立了宽、窄光谱带和逐个光谱线计算的大气辐射传输模型，这些传输模型包括多种观测方式，适用于非常宽的电磁波谱范围及多种可变气象要素。

这些实用的大气传输模型对主动或被动型目标辐射传输及背景辐射的计算有着十分重要的应用价值。

本文将简要地介绍目前比较通用的大气辐射传输模型LOWTRAN［1］，MODTRAN［2］和FASCODE［3］的共同特点和主要差异，用辐射传输中常用的Beer定律检验大气辐射传输模型，给出高分辨率大气辐射传输模型对某些具有应用价值的化学激光大气传输的计算结果，并与已发表的实验观测资料相比较。

CALPUFF高级培训教程-(多应用版)CALPUFF高级培训教程引言CALPUFF是一种大气传输和化学转化模型，广泛应用于空气质量评估、大气污染源解析和环境保护等领域。

本教程旨在为具有一定基础的CALPUFF用户，提供深入理解和应用CALPUFF模型的高级培训。

通过本教程的学习，用户将能够掌握模型的高级功能和技巧，更好地应用于实际问题和研究。

第一部分：CALPUFF模型简介1.1模型背景和特点1.采用拉格朗日粒子追踪方法，能够更准确地模拟污染物的传输过程；2.考虑了复杂地形和气象条件对污染物传输的影响；3.支持多种污染物物种的模拟，包括颗粒物、臭氧、二氧化硫等；4.提供了丰富的模型参数和化学反应机制，可适用于不同地区和不同污染问题。

1.2模型组成和功能CALPUFF模型由三个主要部分组成：预处理模块（CALPREP）、传输模块（CALPUFF）和后处理模块（CALPOST）。

预处理模块用于处理气象数据、地形数据和污染源数据，模型所需的输入文件。

传输模块是模型的核心部分，用于模拟污染物的传输和化学转化过程。

后处理模块用于处理模拟结果，浓度分布图、统计分析和报告等。

第二部分：高级功能和技巧2.1多尺度模拟CALPUFF模型支持多尺度模拟，能够同时模拟不同尺度的污染物传输过程。

用户可以根据研究需要选择适当的模拟尺度，例如局地尺度、区域尺度或全球尺度。

通过调整模拟尺度和网格分辨率，可以更精确地模拟污染物的传输和扩散过程。

2.2化学反应机制CALPUFF模型提供了多种化学反应机制，包括光化学反应、气相反应和颗粒物反应等。

用户可以根据研究需要选择适当的化学反应机制，并设置相应的反应速率和反应产物。

通过合理设置化学反应机制，可以更准确地模拟污染物的化学转化过程。

2.3污染源解析CALPUFF模型提供了污染源解析功能，能够分析不同污染源对污染物浓度的影响。

用户可以通过调整污染源的位置、排放量和排放高度等参数，模拟不同污染源对污染物浓度分布的影响。

无人机通信场景下的信道建模与仿真摘要：无人机通信场景下的信道建模与仿真是目前研究的热点和难点。

因为无人机通信面临诸多挑战，如通信距离远、受干扰频繁、传输速率快等。

通过对无人机通信信道建模，可以更好地掌握通信信道特性，优化信号传输方案，提高通信可靠性和效率。

本文主要介绍了无人机通信场景下信道建模的基本概念、分类、研究方法及仿真结果。

在信道建模方面，首先介绍了多径传播模型、大气传输模型和电离层传输模型，并详细分析了它们的特点和适用场景。

在仿真方面，采用MATLAB编程，搭建了无人机通信场景下的信道模型，从不同维度分析了信噪比、误码率、传输速率等指标，并进行了模拟实验验证。

通过对仿真结果的分析，得出了在无人机通信场景下的信道特性和性能规律，为实际应用中的无人机通信技术提供了理论支撑。

关键词：无人机通信；信道建模；多径传播模型；大气传输模型；电离层传输模型；MATLAB仿真一、引言随着无人机技术的不断发展，无人机的应用范围也越来越广。

无人机通信在军事、民用等领域都有着广泛的应用场景，例如情报侦察、物资运输、搜索救援、航拍测绘等。

而无人机通信面临的主要挑战就是信道传输的稳定性和可靠性。

因此，进行无人机通信信道建模和仿真是非常必要的。

二、无人机通信信道建模的基本概念无人机通信信道建模是指对无人机通信信道特性的建立和研究。

通信信道是指将信号从发送端传输到接收端的传输媒介。

因为无人机通信面临复杂的环境和场景，例如大气、地面散射等，因此信道建模显得尤为重要。

信道建模可以从多个维度来研究，例如信道的多径传播、大气传输、电离层传输等特性。

在信道建模的过程中，需要对信号传输过程中遇到的各种因素进行建模和分析，这样就可以优化无人机通信的传输方案，提高通信可靠性和效率。

三、无人机通信信道建模的分类和研究方法1. 多径传播模型多径传播模型是指信号在信道中出现的多种路径。

在无人机通信中，由于无人机往往离地面较高，因此存在大量的空间障碍物，例如楼房、山脉等，这样就会使信号出现多道路径。

在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1）采用大气的光学参数2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型－3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。

lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。

lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。

lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。

1）多次散射处理lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。

再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。

2）透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法3）光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页4.modtran辐射传输模型modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。

大气辐射传输模型及其软件∗焦斌亮 高志强 李素静 白云燕山大学信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004摘 要：本文主要阐述了大气辐射传输模型在大气订正中的应用，介绍了大气辐射传输原理，详细地叙述了6S 、LOWTRAN 、MODTRAN 和 FASCODE 等模型，同时提到了在以上模型基础上发展起来的其它辐射传输模型及软件，并对相应的模型及软件的共同特点和主要区别进行了比较，认为大气辐射传输模型在当前的大气订正模型中依然是比较可靠而常用的方法。

关键词：大气订正 辐射传输 6S MODTRAN1 引 言大气订正是遥感技术的重要组成部分，主要包括大气参数估计和地表反射率反演两个方面。

如果获得了大气特性参数，进行大气订正就变得相对容易，但是获得准确的大气特性参数通常比较困难。

通常有两类方法用辐射传输方程来计算大气订正函数：一种是直接的方法，对于大气透过率函数和反射率函数，通过对模型的积分来得到；另一种是间接的方法，它不是直接计算所需要的大气订正函数，而是通过辐射传输模型输出的表观反射率，结合模型输入的参数来求解。

大气订正方法有很多，比如：基于图像特征的相对订正法、基于地面线形回归模型法、大气辐射传输模型法和复合模型法等。

它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气订正的方法。

其中，大气辐射传输模型(Atmospheric Radiative Transfer Model)法是较常用的大气订正方法，它用于模拟大气与地表信息之间耦合作用的结果，其过程可以描述为地表光谱信息与大气耦合以后，在遥感器上所获得的信息，其中考虑了光子与大气相互作用机理，物理意义明确，具有很高的反演精度。

2 大气辐射传输原理电磁辐射在介质中传输时，通常因其与物质的相互作用而减弱。

辐射强度的减弱主要是由物质对辐射的吸收和物质散射所造成的，有时也会因相同波长上物质的发射以及多次散射而增强，多次散射使所有其它方向的一部分辐射进入所研究的辐射方向。

大气辐射传输模型的比较研究大气辐射传输模型在气候研究、空气质量预报、太阳能利用等领域具有广泛的应用。

随着科技进步，越来越多的大气辐射传输模型被开发出来，为了更好地选择和应用适合不同领域的模型，本文旨在比较研究各种大气辐射传输模型的性能和优缺点，并讨论其应用场景。

大气辐射传输模型是对大气中辐射传输过程的数学描述，主要考虑太阳辐射、长波辐射、短波辐射等过程。

本文选取了代表性的四种模型：CAMCommunity Radiative Transfer Model（CRTM）、Discrete Ordinate Method（DOM）和RADART。

通过对比这四种模型的算法、计算效率、可扩展性和可定制性等方面的性能，发现CAM3模型在计算效率和可扩展性方面表现较好，但需要定制化参数较多；CRTM模型具有较高的计算精度，但计算效率较低；DOM模型在处理复杂地形和建筑物遮挡方面有优势，但需要较高的计算资源；RADART模型在长波辐射传输计算方面精度较高，但短波辐射计算尚不完善。

在比较研究中发现，不同模型各有优缺点，适用于不同的应用场景。

为了进一步提高模型的适用性和精度，需要重点以下几个方面：参数定制：多数模型在参数定制方面表现不佳，需要根据具体应用场景定制参数，提高模型的适应性。

计算效率：在保证精度的同时，提高模型的计算效率是必要的。

可以通过优化算法、使用并行计算等方法提高计算效率。

可扩展性和可定制性：为了满足不同领域的需求，模型应具备良好的可扩展性和可定制性。

这有助于用户根据实际需求进行二次开发，扩展模型的应用范围。

数据输入质量：模型输入数据的质量对计算结果影响较大。

应开发完善的数据预处理模块，对输入数据进行有效性和准确性校验，以保证模型计算结果的可靠性。

适应性气候变化：随着气候变化，模型的参数和算法应能够适应变化，以便准确预测未来气候变化趋势。

大气辐射传输模型的比较研究在实际应用中具有重要意义。

在气候研究领域，准确预测气候变化趋势需要对辐射传输过程有深入理解，选择合适的大气辐射传输模型对气候预测结果的准确性至关重要。