以斜程能见度精确探测为目标，综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展，分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性，重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法，剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例，突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后，展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。

风云三号D星(FY-3D)于2017年11月15日成功发射, 搭载了国内第一颗自主研制的极轨红外高光谱大气探测仪(High-spectral Resolution Infrared Atmospheric Sounder, HIRAS), 数据将在数值天气预报、大气温/湿廓线反演、大气成分探测等方面得到广泛应用。为满足高精度的探测能力需求, HIRAS的光谱分辨率达到0.625 cm-1, 辐射定标精度要求达到1.0 K, 光谱定标精度要求达到10×10-6, 均为目前国内星载红外仪器最高精度指标。由于光谱频率的精确性会直接影响辐射精度, 红外干涉仪器在数据应用之前必须进行光谱定标精度的精确评估和监测。以晴空视场下的高精度逐线辐射传输模拟光谱作为参考基准, 利用互相关法计算光谱频率偏差, 对发射后的HIRAS在轨数据的光谱定标精度进行了全面评估和验证研究。HIRAS在长波、中波1和中波2的光谱精度达到3×10-6, 其中长波和中波1光谱偏差标准差小于2×10-6, 远优于仪器设计指标要求; 长期的光谱精度稳定性显示HIRAS中波1和中波2的光谱定标精度较稳定, 在半年时间内频率变化小于5×10-6, 长波波段在半年的时间内有往负频率偏差变化的趋势, 变化量约为7×10-6, 需要进行持续监测。HIRAS在轨光谱精度可满足后端产品反演和同化用户的使用需求。

在基于红外高光谱辐射数据进行大气遥感方面的研究中, 准确模拟红外高光谱数据是很重要的一步。 分析了红外高光谱辐射仪的测量原理, 建立了基于Atmospheric Radiation Transfer Simulator(ARTS）的考虑仪器干涉图截断与离散化处理过程的正向模型。 在该正向模型中, 首先采用高光谱辐射传输模式ARTS模拟得到离散化理想光谱, 通过逆傅里叶变换将理想光谱转化为干涉图, 对干涉图加窗截断处理, 模拟仪器响应函数对干涉图的影响, 最后采用傅里叶变换得到仪器测量光谱。 在这一过程中, 窗口函数的选择取决于仪器的干涉图截断方式。 未经过切趾处理的仪器, 其对应的窗口函数为矩形窗口; 经过切趾函数处理, 可以减少干涉图截断造成的能量泄露现象。 逆傅里叶变换与傅里叶变换过程中必须满足Nyquist采样定律。 基于已建立的正向模型, 模拟了Atmospheric Emitted Radiance Interferometer (AERI)在Southern Great Plains (SGP)站点的108组晴空辐射数据, 并与AERI的实测结果进行比较分析, 结果发现理想光谱与AERI实测光谱在吸收线上差异较大, 最大残差达到35 mW·sr-1·m-2·(cm-1)-1（简称RU）以上, 增加干涉图截断过程后, 模拟光谱与实测光谱的最大残差减小到10 RU以内。 截断过程的增加对模拟光谱的精度有明显提高, 尤其在吸收线上, 模拟光谱明显被平滑, 模拟精度显著提高。 进一步分析六种常用窗口函数截断处理的结果与AERI实测数据的残差, 结果发现, 模拟过程中选择窗口函数为矩形窗口时, 模拟光谱与AERI实测数据残差最小, 基本可以约束在5 RU以内, 确定了AERI的干涉图截断方式可以近似看作矩形截断。 另外, 在理想光谱转换为干涉图的过程中, 理想光谱分辨率的选择决定了干涉图信息的采样率以及ARTS的计算效率, 因此综合考虑模型计算精度和模型计算效率, 确定最佳的理想光谱分辨率对于提高模型计算效能是非常必要的; 基于此, 本文模拟了不同理想光谱分辨率下的仪器测量光谱, 对比分析了模拟光谱与AERI实测光谱的残差分布, 并讨论了光谱分辨率对模型计算耗时的影响。 结果表明, 对于AERI, 在对应的正向模型中设置理想光谱分辨率为0.241 1 cm-1时, 可在保证模型准确度的前提下, 最大化模型计算效率。

飞行器所在环境的红外辐射特性对其红外特征存在着重要影响，因此对飞行器背景进行红外辐射研究很有必要。对地球大气系统进行观测时，视场中仅由大气区域构成的地气系统范围称为临边背景。基于中光谱分辨率大气辐射传输模式利用大气辐射传输理论建立了临边红外辐射计算模型，针对3~5 μm 和8~14 μm 典型波段，计算了各纬度冬夏两季的临边背景红外辐射，获得了影响临边背景红外辐射的主要因素，即切线高度、纬度、季节、气溶胶和波段并对其进行分析，为地球临边背景红外辐射探测提供了理论支持。

NPP(National Polar-orbiting Parternership)卫星于2011年10月28日发射升空,其上搭载的VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)传感器包含DNB(Day Night Band)波段,该波段采用三增益设置,可在白天、晨昏甚至夜间实现地球观测.其中,在夜间月光条件下,主要采用高增益,定标实现较为困难.以此为目的,首次提出了基于深对流云的夜间微光传感器替代定标方法.将月亮辐射模型引入到SCIATRAN中,实现了全天候的辐射传输计算,并利用该改进的辐射传输模式,通过确定深对流云光学属性、地表特性及大气廓线等的参考值,对接收大气层顶反射辐射进行敏感性试验,分析得到主要影响因子为云光学厚度COT(Cloud Optical Thickness)与有效粒子半径Re(Effective Radius),且利用固定参考值得到最大模拟误差小于5%.为了检验该替代方法的可行性,通过改进的辐射传输模式,对2012年08月~2013年01月共6个月夜间DNB数据所确定的深对流云替代目标像素进行辐射传输模拟,结果表明基于深对流云的替代定标方法效果较好,基于日变化的辐射不确定度在±10%之内,可实现对DNB夜间高增益阶段的直接辐射定标.

Stephen在2008年提出了一种新型亮温经验函数,为反演云底高提供了一种无需计算大气中实时水汽含量 的新方法。利用SBDART模式和Stephen亮温函数比较系统地研究了不同天顶角、水汽、云、气溶胶、能见 度等气象要素条件下,云底红外亮温Tb随天顶角的变化情况,并对其进行误差分析。模拟结果显示,水汽、 云、天顶角及能见度小于5 km时对Tb影响较大,不同气象要素条件下, Stephen亮温函数模拟的云底 亮温与SBDART模拟结果相近,所以,采用Stephen亮温函数模拟云底亮温具有可行性。

卷云中冰晶粒子的单次光散射计算是卷云辐射传输及云微物理参数反演的重要基础.近年,利用高观测频率的静止气象卫星数据来反演水云和卷云的光学和微物理参数,进而计算地表光通量的研究倍受重视.然而,很多研究中卷云的冰晶用球形模型来模拟.由于不同形状和尺度大小的冰晶对电磁波的散射特征的不同,导致不同冰晶模型计算的卷云环境下卫星观测的辐射值及地表光通量的不同.利用不同尺度大小和电磁波波长的球形和六角形冰晶的单次散射数据,结合RSTAR辐射传输模式来定量分析了卷云环境下不同形状的冰晶模型对计算卫星观测的辐射和地表光通量中的影响.结果显示利用不同形状的冰晶模块来计算的卫星观测的辐射,地表向下辐射通量明显不同.波长在0.4～1.0 μm之间的大气窗口部分的光谱辐射通量的差距最大.总辐射通量受云粒子形状的影响显著.研究证实了正确选择冰晶模型对卫星反演卷云微物理和光学参数的反演及计算地表光通量的重要性.该结果对于云微物理参数的反演及地表向下辐射通量的模拟具有参考价值.

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)二级云产品、大气红外探空仪(AIRS)二级大气产品和AIRS L1B红外高光谱数据，采用通用大气辐射传输(CART)模式,选择9 μm（带宽为1070~1135 cm-1）、11.03 μm(带宽为886~928 cm-1)和12.02 μm(带宽为815~850 cm-1)波段对冰云大气顶的亮温进行了模拟与分析。对反演冰云参数和MODIS云产品下的模拟亮温分别与AIRS观测亮温间关系进行了分析与比较，并对反演冰云参数下的模拟亮温和AIRS观测亮温的亮温差的概率分布进行了研究。结果表明：基于反演的冰云光学厚度和云顶高度的三波段模拟亮温和AIRS实际观测亮温分布一致，模拟计算和AIRS实际观测亮温间相关系数达0.98以上。11.03 μm和12.02 μm波段模拟计算和AIRS实际观测亮温间亮温差主要分布在0~5 K，9 μm波段亮温差主要分布在0~±0.5 K。建立在反演冰云参数基础上的实际大气条件下的大气辐射特性模拟研究具有准确性和可靠性。

研究了大气辐射传输过程中获得的实际天空偏振分布模式。利用简化的双层大气模式模拟实际大气，以基于倍加累加法的矢量辐射传输模式（RT3）为基础求解矢量辐射传输方程，得到全天空离散点处光波的Stokes参量，进而计算天空对应点处光波的偏振信息，建立基于RT3的大气偏振模型，并与传统Rayleigh散射理论模型进行了对比分析。结果表明，晴天、多云、阴霾天空的偏振度依次降低，并且随着波长的增大，偏振度下降明显。基于RT3的大气偏振模型不仅与传统Rayleigh散射理论模型一致，而且能够反映不同天气、不同波长以及不同地表反照率对天空偏振的影响规律，利于实际大气下的偏振光测试与应用。

利用中分辨力成像光谱仪数据，采用星地测量并结合中分辨力辐射传输模式，以巢湖流域及周边为实验区，计算得到该地区夏季实际大气层结下沿观测路径整层大气透过率、大气辐射、大气热辐射和大气散射的太阳辐射在中分辨力光谱上的特征，以及整层大气廓线。研究结果表明：受能见度影响，实验区两地点水体像元处的整层大气透过率数值略高于植被像元处;两地卫星入瞳处的程辐射和卫星探测器探测到的程辐射谱分布相似;在可见至近红外波段，大气程辐射和散射的太阳辐射谱分布相似性较强，且随着波长增加而数值均逐渐减小,而大气热辐射数值很小;两个地点在短波范围内路径热辐射很低且接近，随着波长的增加，热辐射明显增强,波长越长，两地点热辐射差别越明显;当日天气晴好，气溶胶含量较低，而且两地距离很近，因此两地的大气廓线数据基本相似。