海洋上空大气透过特性研究

海洋上空大气透过特性研究*
吉微，齐琳琳，王晓丹 (北京航空气象研究所 北京市 2861 信箱七分箱 100085) 摘 要：以我国南海区域为例，利用 MODTRAN 大气辐射传输模型，输入该区域大气廓线数 据，对比分析气溶胶对海空背景下红外波段大气透过特性的影响。研究表明，气溶胶、温度和季节 对大气透过特性均有一定影响；南海区域大气透过率随季节变化很大，夏季比冬季小 10%以上，同 一天中 00UTC 大气透过率略大于 12UTC；采用近似国外模式大气带来的误差最大可达到 50%以 上。研究结果充分说明：海洋上空红外波段大气透过特性分析计算中引入实际大气廓线数据具有重 要的军事和工程应用意义。 关键词：大气透过率；实际大气廓线； MODTRAN 中图分类号：TN216 文献标识码：A 文章编号：
Study the Aerosol Influence of the Infrared Transmittance over Ocean
JI Wei,QI Lin-lin, Wang Xiao-dan
(Beijing Institute of Weather, Beijing 100085, China)
Atmospheric
Abstract: Input the South China Sea actual atmospheric profile data to the MODTRAN model, comparative analysis of aerosol transmission characteristics of the infrared band. The studies show that the aerosol temperature and season of the transfer band in the atmosphere greater impact; The atmospheric transmittance changes with the seasons, in summer than in winter 10%, under the same circumstances atmospheric transmittance 00UTC is slightly larger than the 12UTC. The error caused by using approximate model atmosphere abroad can reach more than 50%.The results of this study fully explained that the introduction of the actual atmospheric profile data have important significance of the military and engineering applications. Key words: Atmospheric Transmittance; actual atmospheric profile data; MODTRAN
收稿日期：； 修订日期： *基金项目：国家“863”计划资助项目(2012AA091801);预研基金项目(9140A220611JB09);国家自然科学基金(41205044); 作者简介：吉微(1981-)，女，内蒙古通了人，硕士，主要从事大气辐射传输方面的研究工作。

0
引
言
气压、温度、湿度统计特征廓线。统计结果如图 1-图 6 所示，气压垂直方向变化差异非常小，各季平均与 年平均几乎完全一致，模式自带 4 种大气模式也几乎 一致；不同时间和季节的温度廓线存在一定差异，同 季节不同时次、同时次不同季节间的温度廓线均存在 一定变化，即使近似纬度的实际大气廓线与模式自带 大气廓线中的温度廓线差异也是较大的，从图 3 可以 看出实际大气廓线中同高度层上夏季气温明显高于春 秋季节和年平均，冬季温度最低，逆温出现的高度略 有差异；而对于模式自带标准大气来说高低层温度差 异较大，低层相同高度，逆温层出现的高度也存在较 大不同，10 公里以下相同高度温度由高到低的排序是 热带大气、中纬度夏季、中纬度冬季、标准大气和中 纬度冬季，10 公里以上相同高度热带大气温度最低， 其他几种模式大气温度相近；差异最大的是相对湿 度，从图 5 和图 6 上可以明显看出，各层上湿度均有 较大差异，受时间、季节等的影响更加明显，地域 性、季节性更强。
大气参数廓线是计算大气透过率过程中非常重要 的参数。目前国内外流行的辐射传输软件中所用到的 大气参数廓线都是前美国空军地球物理实验室(AFGL) 建立的 6 种标准大气模式[1
、2]
，分别为热带(北纬 15
°)、中纬度夏季(北纬 45°，7 月)、中纬度冬季(北 纬 45°，1 月)、亚北极夏季(北纬 60°，7 月)、亚北 极冬季(北纬 60°，1 月)和 1976 年美国标准大气。这 六种模式只考虑了大气参数随地理纬度和季节的变 化。我国幅员辽阔，不同地区、不同海域的大气廓线 存在较大差异，对透过率的影响也各不相同。 由于目前缺少我国标准大气模式，因此在大气透 过率研究和计算中多采用国外大气模式数据近似计 算，特别在海洋范围内，缺乏相应观测资料，海洋环 境下红外波段的大气透过率特征更无参考资料[3]。饶 瑞中等[4]指出，简单套用国外标准大气模式不仅在技 术上不可靠，而且会产生不同层面的误导作用，甚至 可能带来严重后果。鉴于此，本文详细分析了南海区 域各个季节及年度平均大气廓线数据，并将分析所得 数据带入大气辐射传输模型 MODTRAN，详细分析 了基于实际大气廓线的 3～5μm 和 8～12μm 红外波 段大气透过率变化特性[5]，为后续基于实际大气廓线 的目标背景对比度分析和探测距离计算等提供可靠的 数据保障。
1
南海区域大气参数廓线
收集整理南海区域 00UTC 和 12UTC 四个季节及
年度平均 NCEP 资料，提取几何高度（km）、气压 （hpa）、温度（K）、相对湿度（％）廓线，覆盖东 经 108ºE～120ºE，北纬 15ºN～25ºN，同时分析与我 国南海区域相近纬度不同季节的 4 种模式自带大气 （热带大气、中纬度夏季、中纬度冬季、标准大气）
图1
00UTC 和 12UTC 四季及年平均气压廓线分布
Fig.1 The annual average pressure profile of seasonal and annual at 00UTC and 12UTC