地球大气红外辐射特性研究现状

红外焦平⾯阵列技术现状和发展趋势⼀、引⾔⾃从1800年赫谢尔利⽤⽔银温度计制作的最原始的热敏探测器发现了红外辐射以来[1]，⼈们就开始不断运⽤各种⽅法对红外辐射进⾏检测，并根据红外光的特点⽽加以应⽤，相继制成了各种红外探测器，如热敏型辐射探测器（温差电偶探测器、电阻测辐射热计、热释电探测器）和半导体光电探测器（光电导探测器、光伏型探测器等）。

最初，⼈们只能以单个探测单元通过光机扫描的⽅式并协同低温制冷器来实现图像探测；后来，则出现了探测单元数⽬在⼀万以上，且⾃带有信号读出电路的⼆维N×M元焦平⾯阵列(FPA)探测器；⽽现今，集成了探测器后续信号处理电路，包括信号读出电路、前放、模数转换器等的第三代被称为“灵巧”（smart）凝视的⼤阵列焦平⾯也已开始崭露头⾓[2]。

红外焦平⾯热像仪是⼀种可探测⽬标的红外辐射，并能通过光电转换、电信号处理等⼿段，将⽬标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，是集光、机、电等尖端技术于⼀体的⾼科技产品。

因其具有较强的抗⼲扰能⼒，隐蔽性能好、跟踪、制导精度⾼等优点，在军事领域获得了⼴泛的应⽤。

⽬前许多国家，尤其是美国等西⽅军事发达国家，都花费⼤量的⼈⼒、物⼒和财⼒进⾏此⽅⾯的研究与开发，并获得了成功[3、4]。

⼆、红外焦平⾯阵列原理、分类1、红外焦平⾯阵列原理焦平⾯探测器的焦平⾯上排列着感光元件阵列，从⽆限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平⾯的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进⾏积分放⼤、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

2、红外焦平⾯阵列分类（1）根据制冷⽅式划分根据制冷⽅式，红外焦平⾯阵列可分为制冷型和⾮制冷型。

制冷型红外焦平⾯⽬前主要采⽤杜⽡瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜⽡瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。

由于背景温度与探测温度之间的对⽐度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提⾼探测仪的精度就必须⼤幅度的降低背景温度。

《煤岩破裂过程红外辐射特性研究》篇一一、引言煤岩作为地球的重要组成部分，其破裂过程的研究对于地质学、采矿工程、地震学等领域具有重要意义。

在煤岩破裂过程中，红外辐射作为一种重要的物理现象，其特性的研究对于理解煤岩破裂机制、监测煤岩破裂过程以及预测地质灾害等具有重要价值。

本文旨在研究煤岩破裂过程中红外辐射的特性，为相关领域的研究提供理论依据和实验支持。

二、文献综述在过去的研究中，煤岩破裂过程中的红外辐射特性已引起广泛关注。

研究表明，煤岩破裂过程中会释放出大量的热能，进而产生红外辐射。

此外，煤岩的矿物成分、结构特性、含水率等因素也会影响红外辐射的特性。

目前，关于煤岩破裂过程中红外辐射特性的研究主要集中在以下几个方面：红外辐射的产生机制、红外辐射与煤岩破裂过程的关系、红外辐射的检测与监测技术等。

三、研究内容本研究采用实验和理论分析相结合的方法，对煤岩破裂过程中红外辐射的特性进行研究。

首先，我们选取了具有代表性的煤岩样品，通过单轴压缩实验模拟煤岩的破裂过程。

在实验过程中，利用红外检测设备实时监测煤岩破裂过程中的红外辐射变化。

同时，我们还对煤岩样品进行了矿物成分、结构特性、含水率等物理性质的测试，以分析这些因素对红外辐射特性的影响。

在理论分析方面，我们建立了煤岩破裂过程中红外辐射的物理模型，通过数学分析和计算机模拟，研究红外辐射的产生机制、传播规律以及与煤岩破裂过程的关系。

此外，我们还探讨了红外辐射在监测煤岩破裂过程中的应用，为相关技术的开发提供理论支持。

四、结果与讨论1. 实验结果通过单轴压缩实验和红外检测设备的实时监测，我们得到了煤岩破裂过程中红外辐射的变化曲线。

结果表明，在煤岩破裂过程中，红外辐射强度呈现出明显的阶段性变化，与煤岩的破裂过程密切相关。

此外，我们还发现煤岩的矿物成分、结构特性、含水率等因素对红外辐射特性具有显著影响。

2. 理论分析结果通过建立物理模型和数学分析，我们研究了煤岩破裂过程中红外辐射的产生机制和传播规律。

大气辐射传输
大气辐射传输是指大气层对太阳辐射和地球辐射的吸收、散射和透过过程。

辐射传输对于地球的能量平衡和气候变化具有重要影响。

太阳辐射传输是指太阳光在大气层中的传播过程。

太阳光包括可见光、紫外线和红外线等各个波长的辐射。

当太阳辐射进入大气层时，一部分被大气层直接吸收，一部分会被大气层散射和透过。

其中散射是指太阳辐射在大气层中发生方向改变的现象，散射过程会使太阳光在任意方向上均有可能被观测到。

透过是指太阳辐射穿过大气层到达地表的过程。

太阳辐射的传输过程受到大气层中各种气体、云、气溶胶和地表的影响，不同波长的辐射在大气层中的传输特征也各不相同。

地球辐射传输是指地球表面发出的热辐射在大气层中的传播过程。

地球表面主要发出的是长波红外辐射，包括地球的地表辐射和大气层内的辐射。

在地球辐射传输过程中，大气层的主要作用是散射和吸收地球辐射。

一部分地球辐射能够直接透过大气层达到太空，一部分被大气层吸收后被重新辐射到太空中，形成热辐射平衡。

大气辐射传输对于地球能量平衡和气候变化具有重要影响。

太阳辐射传输直接影响到地球的能量收入，地球辐射传输则决定了地球的能量输出。

其中，大气层对太阳辐射的吸收和散射会影响到地球的能量收入量，而大气层对地球辐射的吸收和透过则影响到地球的能量输出量。

这些能量的变化对大气层和地表的温度、气候和天气现象产生影响。

因此，对大气辐射传输过
程的研究对于了解地球的能量平衡和气候变化机制具有重要意义。

大气环境中气溶胶的辐射特性与气候参数气溶胶是指悬浮在大气中的微小固体或液体颗粒，它们对大气辐射平衡和气候变化具有重要影响。

在大气中，气溶胶与气候参数之间存在着复杂的相互作用关系，这些关系对于理解和预测气候变化具有重要意义。

本文将探讨大气环境中气溶胶的辐射特性以及与气候参数之间的相互影响。

一、气溶胶的辐射特性气溶胶颗粒对太阳辐射和地球辐射有着不同的影响。

首先，气溶胶对太阳辐射产生散射作用，使得部分太阳辐射反射回太空，从而降低了地球表面的日射量。

其次，气溶胶对地球辐射产生吸收和散射作用，导致地球表面的红外辐射减少。

这两种作用共同促使大气臭氧和水蒸气的湿度分布发生变化，从而改变了大气循环和气候变化的格局。

二、气溶胶与气候参数的关系气溶胶与气候参数之间存在着复杂而微妙的相互作用关系。

首先，气溶胶的浓度和分布受到气候参数的影响。

气候因子如温度、湿度、风速和降水量等能够影响气溶胶的生成、扩散与沉降过程。

其次，气溶胶对气候参数的影响是双向的。

一方面，气溶胶散射和吸收太阳辐射，导致地面的日照减少，从而降低了气温和蒸发散。

另一方面，气溶胶对地球辐射吸收和散射，改变了地球辐射平衡，进一步影响大气温度。

此外，气溶胶还会导致云的形成和发展产生变化，从而影响降水和云的辐射特性，间接影响气候变化。

三、气溶胶的影响机制气溶胶的辐射特性和气候参数之间的相互关系主要是通过物理和化学机制来实现的。

物理机制包括气溶胶的散射、吸收和透过过程。

气溶胶颗粒的大小、形状和化学组成等决定了它们对光的散射和吸收特性。

化学机制主要指气溶胶颗粒与大气中的气体和水分子之间的相互作用。

这些相互作用导致了气溶胶颗粒的生长和变化，进而改变了它们的辐射特性和对气候参数的响应。

四、气溶胶观测与模拟为了更好地理解大气环境中的气溶胶辐射特性和与气候参数之间的相互作用，科学家们使用各种观测和模拟手段进行研究。

观测手段主要包括地面观测、航空观测和卫星观测。

通过监测气溶胶的光学特性、化学成分和粒径分布等参数，可以获得气溶胶的辐射效应，并与气候参数进行相关分析。

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。

摘要自然界一切温度都高于绝对零度的物体（物质）无不在每时每刻产生着红外辐射，且这种辐射都载有物体的特征信息。

本文第一部分介绍了黑体和黑体辐射，讨论了黑体的辐射规律，即基尔霍夫辐射定律、维恩位移定律、瑞利—金斯公式、普朗克定律、斯蒂藩—玻尔兹曼定律；第二部分讨论了红外传输理论，即红外辐射在大气中传输时发生衰减的物理起因和余弦定律；第三部分介绍了微光及微光探测理论，主要解释了发射率和实际物体的辐射。

关键词：黑体黑体辐射黑体辐射红外微光探测目录摘要 (I)第一章序言 (1)第二章黑体辐射理论 (2)2.1黑体和黑体辐射 (2)2.2基尔霍夫辐射定律 (3)2.3维恩位移定律 (6)2.4瑞利—金斯公式 (9)2.5普朗克公式 (9)2.6 Stefan-Boltzmann定律 (11)第三章红外传输理论 (13)3.1红外辐射在大气中的传输 (13)3.2Lambert定律 (13)第四章红外与微光探测理论 (16)4.1实际物体的辐射力 (16)4.2实际物体的定向辐射强度 (16)4.3物体发射率的一般变化规律 (18)4.4灰体的概念及其工程应用 (19)第五章结论 (20)参考文献 (21)第一章 序言自从英国天文学家赫谢耳（Herschel ）在1800年发现红外线以来，随着红外辐射理论、红外探测器、红外光学以及红外探测及跟踪系统等的发展，红外技术在国民经济、国防和科学研究中得到了广泛的应用，已成为现代光电子技术的重要组成部分，受到世界各国的普遍关注。

其中研究热辐射的基本规律是红外物理的基本内容，本文首先讨论任意物体在热平衡条件下的辐射规律，即基尔霍夫定律。

接着讨论黑体的辐射规律，即基尔霍夫辐射定律、维恩位移定律、瑞利—金斯公式、普朗克定律、斯蒂藩—玻尔兹曼定律。

基尔霍夫定律是热辐射理论的基础之一。

它不仅把物体的发射与吸收联系起来，而且好指出了一个好的吸收体必然是一个好的发射体。

普朗克公式在近代物理发展中占有极其重要的地位。

热红外地表温度遥感反演方法研究进展一、概述随着遥感技术的快速发展，热红外遥感已成为获取地表温度信息的重要手段。

地表温度，作为反映地球表面热状况的关键物理量，不仅影响着大气、海洋、陆地等环境物理过程，还是研究土壤含水量、作物干旱程度、地表蒸散等生态要素以及城市热环境等环境要素的关键参数。

热红外遥感地表温度反演方法的研究与应用，对于全球气候变化监测、城市规划、农业管理等多个领域具有重要意义。

热红外遥感地表温度反演方法主要包括利用红外辐射温度表探测地表温度的方法，星载传感器的红外通道反演地表温度的单窗、分裂窗等反演方法，组份温度的反演方法，以及在微波波段遥感反演地表温度的方法等。

这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。

对热红外遥感地表温度反演方法的研究进展进行综述，不仅有助于理解各种方法的原理和应用，还能为实际应用中选择合适的方法提供指导。

近年来，随着遥感技术的发展和数据处理技术的进步，热红外遥感地表温度反演方法的研究取得了显著成果。

一方面，传统的反演方法如辐射传输模型法、单窗算法等不断得到优化和完善，提高了反演的精度和稳定性另一方面，新的反演方法如基于机器学习的反演算法等也逐渐崭露头角，为地表温度反演提供了新的思路。

热红外遥感地表温度反演方法仍存在一些挑战和问题。

例如，大气条件对地表温度反演的影响仍是一个难点问题不同地表类型的发射率差异也会对反演结果产生影响遥感数据的获取和处理也是制约反演精度和效率的重要因素。

未来的研究需要在提高反演精度和稳定性的同时，更加注重解决这些挑战和问题。

本文将对热红外遥感地表温度反演方法的研究进展进行综述，重点介绍各种反演方法的原理、优缺点以及应用情况。

同时，还将对未来的研究方向进行展望，以期为热红外遥感地表温度反演方法的发展和应用提供参考和借鉴。

1. 介绍热红外地表温度遥感反演的重要性。

随着全球气候变化和环境问题的日益凸显，对地表温度的准确监测和评估变得至关重要。

热红外地表温度遥感反演技术作为一种非接触、大范围、快速的地表温度获取方法，其重要性日益凸显。

中波红外大气透过率特性分析赵帅阳;景欣;张飞舟;胡兴帮;贺丽琴;马蔼乃;晏磊【摘要】The atmospheric transmittance is an important parameter affecting the solar radiation and surface thermal radiation. Based on MODTRAN radiation transfer model,the atmospheric transmittance in middle infrared (MIR) spectrum and the influences of atmospheric molecules and aerosol particles were analyzed in detail. Combined with six channels of MODIS set in MIR,the influences of absorption gases on channel transmittance were discussed respectively. The results show that water vapor and uniformly mixed gases are the two major factors causing the atmospheric transmittance attenuation. MODIS channel transmittance is strongly related to spectral response function band width and absorption band of atmospheric molecules.%大气透过率是影响太阳辐射以及地表热辐射的一个重要参量.利用MODTRAN辐射传输模型,对中波红外波段(3~5 μm)处的大气透过率以及其影响因子的贡献进行了详细的分析.在此基础上,结合MODIS在该谱区设置的6个通道,分别讨论了各吸收气体对通道透过率的影响.结论表明,水汽和混合气体是造成中波红外波段大气透过率衰减最重要的影响因子.MODIS通道透过率与通道光谱响应函数的宽度和气体分子的吸收带位置有关.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)005【总页数】7页(P568-574)【关键词】中波红外;MODTRAN;大气透过率;MODIS【作者】赵帅阳;景欣;张飞舟;胡兴帮;贺丽琴;马蔼乃;晏磊【作者单位】北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室,北京 100871;北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室,北京100871;北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;北京大学空间信息集成与3S 工程应用北京市重点实验室,北京 100871;北京大学地球与空间科学学院,北京100871;北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室,北京 100871;北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室,北京 100871;北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室,北京 100871【正文语种】中文【中图分类】TN219大气透过率是影响太阳辐射以及地表热辐射的一个重要参量,在卫星反演地表参数(地表温度、地表反射率等)中具有重要意义。

大气对红外系统作用距离的影响的研究李莹【摘要】目标由于处于大气中,大气对红外辐射衰减不可避免.大气的成分复杂且大气的状况也是随着气象条件而变化,所以不同时间、地点大气的分子和微粒对红外辐射产生的衰减不同.本文中考虑的是大气(水蒸气和二氧化碳分子)产生的吸收衰减以及散射作用,并且修正了由于高度、斜程和气象条件引起变化的大气透射率.最后用LOWIBAN软件计算出大气透射率.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2011(018)003【总页数】4页(P16-19)【关键词】大气透过率;红外系统;作用距离【作者】李莹【作者单位】长春理工大学,光电工程学院,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】O434.30 引言大气作为人们生存依赖的重要条件，它环绕在整个地球的表面。

目前人类所发明的各种图像探测器无论是在内层还是外层进行目标的探测，大气层都将成为目标辐射能量的传输媒介。

而红外成像系统在接受目标辐射出来辐射信号的时候，由于在大气层中吸收、散射和衰减的作用，使系统的成像受到影响，呈现出的图片出现模糊或者分辨率降低等情况。

所以对红外系统的研究中，需要考虑大气对红外辐射的影响［8］。

在本文中，主要研究红外辐射在大气传输的过程中，受到大气中分子的吸收、散射和天气情况的影响。

1 大气对红外辐射的影响在对红外系统的研究中，对大气中的衰减的研究是十分重要的［1］。

研究红外系统的作用距离估算，大气中的粒子对红外辐射的衰减主要是通过以下三种原因产生的:1)大气中气体分子对红外辐射的吸收;2)大气中杂质分子的散射;3)天气情况(云、雾、雨、雪)对红外辐射的衰减。

所以对大气系统对红外辐射衰减的研究，主要通过以上三种情况。

光谱透过率τa(λ)与衰减系数μ(λ)之间满足布盖尔 -朗伯定律，则它们之间的关系式为:式中，R为目标与红外系统之间的距离;φe(λ，R)为距离R处，目标或背景辐射能量的光谱密度;φe(λ，0)为R=0时φe(λ，R)的特例;λ为波长。

太阳电磁辐射物理学的研究现状太阳是地球上最为重要的能源来源，而太阳电磁辐射是太阳能传输到地球的主要方式。

因此，太阳电磁辐射物理学一直是国内外科学家们关注的热点领域之一。

本文将对太阳电磁辐射物理学的研究现状进行探讨。

一、太阳电磁辐射的基本特征太阳电磁辐射主要分为X射线、紫外线、可见光、红外线和微波辐射五个波段，其中可见光波段是最重要的能量来源。

太阳的光谱分为连续谱和谱线谱，其中连续谱是由太阳表面的黑体辐射而来的，谱线谱则是由太阳表面和大气层的吸收和辐射而来的。

二、太阳电磁辐射和地球气候变化的关系太阳电磁辐射的变化最终反映在地球气候的改变上。

太阳活动周期的改变会引起太阳辐射的变化，其中最为重要的是太阳黑子活动的周期性变化。

历史上，太阳黑子活动周期的改变曾经导致过地球气候的变化，比如17世纪的“小冰河时期”。

三、太阳电磁辐射的观测手段太阳电磁辐射的观测手段主要包括地面观测和空间观测两种。

地面观测主要使用光学望远镜、射电望远镜和宽带光谱仪等设备，而空间观测则主要使用卫星载荷和探测器。

近年来，随着科技的快速发展，探测器对太阳物理的研究取得了巨大的进展。

四、太阳电磁辐射物理学的研究领域太阳电磁辐射物理学的研究领域主要包括太阳活动周期的研究、太阳大气物理和太阳爆发等几个方面。

在太阳活动周期研究方面，目前研究重点主要是太阳黑子活动的周期性变化和太阳辐射的长期变化趋势。

在太阳大气物理方面，主要研究太阳上层大气的物理过程以及太阳风与地球磁层的相互作用。

在太阳爆发的研究中，主要涉及其起始和演化机制、能量释放高度和波动特征等问题。

五、未来的研究趋势随着科技的发展，太阳电磁辐射的研究将会越来越深入。

未来的研究将重点关注太阳活动对地球气候变化的影响、太阳高层大气的物理过程和太阳爆发的起始和演化机制等方面。

同时，对太阳电磁辐射的观测和研究将日益趋向于多波段、多角度、高精度的方向发展。

在太阳电磁辐射物理学的研究中，中国的科学家也具有非常重要的地位。