1 安徽理工大学计算机科学与工程学院, 安徽 淮南 232001
2 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
3 安徽大学互联网学院, 安徽 合肥 230039
基于2001年1月至2021年12月期间MODIS和AIRS遥感反演数据，利用经验正交函数 (EOF)、MK趋势分析、最小二乘法等方法研究了东亚地区近21年的云顶气压 (CTP) 时空模态特征及变化趋势。结果表明：东亚地区CTP从东北到西南呈逐渐递减趋势；四季变化差异性较大，呈现“√”字型变化，表现为冬季气压值最高、夏季最低；受地理位置和纬度带影响，CTP的高值区在一年四季均分布在东北地区上空，低值区始终位于青藏高原地区。在中国的广西、广东和缅甸、印度等地属于热带季风区，在冬季受干冷气流的影响，容易形成CTP高值区。东亚地区主要以中云分布为主，低云区主要集中在中国东北、京津冀、朝鲜半岛和中纬度海洋地区，在中国中原地区、南方地区 (广西、广东和长江中下游各省地区) 以及新疆部分地区以中云为主，高云主要出现在中国青藏高原和塔克拉玛干沙漠。通过趋势分析发现，在2001年至2021年间，CTP在中国的新疆、印度半岛、缅甸、蒙古和贝加尔湖等区域呈现较高的增长趋势，而在中国的青藏高原、南部沿海等部分区域以及东部海域均呈较明显的下降趋势。东亚地区部分区域的CTP与地表温度、湿度、水汽和云量均呈现较为显著的相关性，因此CTP的变化可以在一定程度上反应区域性天气变化情况。
云顶气压 经验正交函数 MK趋势分析 最小二乘法 cloud top pressure empirical orthogonal function MK trend analysis least square method 大气与环境光学学报
2023, 18(6): 569
1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 安徽大学互联网学院, 安徽 合肥 230039
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用大气本底站监测数据验证了大气红外探测仪 (AIRS) 反演数据 (2003年3月―2021年2月)，在此基础上基于AIRS数据分析了南极臭氧柱总量时空分布以及变化特性，并进而利用线性回归、相关性分析、小波分析等方法，结合平流层温度和海冰数据，分析了南极臭氧柱总量变化特征的影响因素。结果表明：AIRS反演数据与大气本底站监测数据的相关系数均在0.945以上，具有较高的准确度和平稳性。南极臭氧柱总量的时间变化具有很强的周期性，谷值与谷值交替约为12个月。通过小波时-频结合分析发现，南极臭氧柱总量明显存在时间尺度为2、4、6、8～10、13年的周期，其中震荡最剧烈的第一主周期13年又以10年为周期变化，第二主周期6年又以4年为周期变化，2003―2021年内第一主周期经历了2次高-低变化期，第二主周期经历了4次高-低变化期。臭氧柱总量随季节变化明显，春季是南极臭氧柱总量最高的季节，冬季、夏季、秋季依次次之。南极臭氧的空间分布特征差异较大，总体来看纬度越高，臭氧柱总量越低，并在85° S附近达到最低值。南极洲大部分区域平流层温度与臭氧柱总量呈显著正相关，统计结果显示当平流层温度小于189 K时会出现臭氧洞；南极海冰范围与南极臭氧柱总量变化基本一致，两者皆存在2、6～8、12～14年的变化周期，但海冰范围变化要早一个月。
南极 臭氧柱总量 小波分析 平流层温度 海冰范围 Antarctic total ozone column wavelet analysis stratospheric temperature sea ice extent 大气与环境光学学报
2023, 18(3): 201
1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 安徽大学互联网学院, 安徽 合肥 230039
利用1981—2020年NCEP/NCAR再分析月平均资料，对中国区域近40年的对流层顶温度场进行了时空变化特征分析和四季变化状况研究。采用线性回归、Mann-Kendall突变检验分析、经验正交分解 (EOF) 等方法研究了对流层顶温度场的年际变化趋势和时空分布特征。结果表明：中国区域对流层顶温度在1981—2020年总体呈下降趋势，其中在1995—2020年减少趋势显著。对流层顶温度存在明显的季节性特征，春季和冬季气候倾向率较小，对全年对流层顶温度减小趋势贡献也较小；夏季和秋季气候倾向率较大，对全年对流层顶温度减小趋势贡献也较大。运用EOF法对对流层顶温度场空间变化特征分析发现，第一模态空间分布反映了中国区域对流层顶变化趋势在空间上基本一致，且分布由南到北呈现“+，-”的纬向结构；第二模态空间分布由南到北呈现“+，-，+，-”的纬向结构，并以34° N为界呈现出很明显的南北相反分布；第三模态空间分布由南到北呈现“+，-，+”的纬向结构。
对流层顶 温度场 Mann-Kendall 突变检验 经验正交函数分解 tropopause temperature Mann-Kendall matation test empirical orthogonal function 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210916
1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
利用 OMI 每日 L3 级 O3 柱总量数据对中国区域 2005-2020 年间臭氧柱总量变化趋势开展研究, 构建了相关数据库, 并基于数据筛选和数据挖掘分析了该期间中国区域臭氧柱总量与纬度和经度的相关性。结果表明, 在 2005-2020 年间, 中国区域上空的臭氧柱总量随纬度增大而增大, 而其与经度的关系受纬度值影响。当纬度大于特定阈值时, 臭氧柱总量随经度增大而增大; 而当纬度小于该值时, 臭氧柱总量由西向东基本保持稳定。研究结果对于揭示中国区域臭氧柱总量变化规律、进一步分析全球臭氧变化趋势具有重要意义。
臭氧柱总量 时空分布 经纬度 变化趋势 total ozone column amount temporal and spatial distribution longitude and latitude variation trend 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 495
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 2300373
3 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
4 安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001
采用HITRAN2016数据库，研制了新的大气分子吸收系数数据库，应用于更新的第二版通用辐射大气传输软件CART2。增加了光谱分辨率为0.1 cm?1的CART2P1程序模块。相对于CART1.0，大气分子吸收考虑了更多的分子弱谱线的吸收，扩展了计算波段。计算结果与LBLRTM和MODTRAN5对比表明，CART2能够精确地模拟大气分子的吸收；计算结果与地基实际测量的红外高分辨率太阳光谱吻合的非常好。具备0.1 cm?1光谱分辨率的CART2计算的大气透过率和环境背景辐射可以分辨出分立的大气分子吸收谱线，能够在中高光谱分辨率的光学工程和有些激光工程的大气传输计算中得到应用。
红外与激光工程
2020, 49(7): 20201024
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 安徽理工大学 电气与信息工程学院,安徽 淮南 232001
4 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230022
机载红外高分辨率干涉光谱仪(HIS)是遥感大气信息的大气红外背景辐射测量装置。基于HIS红外高光谱大气数据, 对大气温度和主要大气吸收气体进行了敏感性分析; 并通过引入信息容量的概念, 利用一维变分方法, 对HIS测量装置遥感探测大气参数的能力进行评估, 定量描述了HIS测量的红外光谱反演大气温度和水汽的信息容量、自由度和垂直分辨率等信息, 其中温度、水汽的信息容量分别为49.5、25.2; 自由度分别为10.5、5.6, 温度的平均垂直分辨率为2.2 km, 水汽的垂直分辨率为2 km; 讨论了HIS的反演精度与仪器测量误差之间的关系, 获取了大气温湿廓线的最小可探测精度。
机载 红外高分辨率光谱 大气参数 信息容量 探测精度 airborne infrared high-resolution spectral atmospheric parameter information content detecting accuracy 红外与激光工程
2019, 48(11): 1104004
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
利用中高层大气红外辐射模式模拟分析极光对中高层大气临边红外辐射的影响。模拟结果表明,极光扰动大气时,NO导致2.7 μm、5.3 μm带临边辐亮度相比于静态值显著增大,2.7 μm带辐射不含时变化,5.3 μm带辐射含时小幅变化;CO2和NO+导致4.3 μm带临边辐亮度相比于静态值显著增大,CO2导致其含时变化;10 μm、15 μm带临边辐亮度因CO2 4.3 μm带的关联效应也以一定幅度增大,并同样含时变化。因化学反应产生的NO、NO+的高振动能级使2.7,4.3,5.3 μm带在包含它们的基带和热谱带的宽光谱范围内都获得增强。根据所获得的辐射特性,初步模拟了一次极光扰动大气的4.3 μm带临边观测事件,并与实测值进行对比分析,验证了中高层大气红外辐射模式的正确性。
大气光学 中高层大气 极光 红外辐射 光学学报
2018, 38(12): 1201002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
卷云大气的红外辐射特性是空间光电探测系统的重要背景辐射源。基于2.7 μm和4.3 μm波段的卷云粒子散射特性参数, 建立了卷云大气辐射传输模型。在MODIS实测卷云和大气参数条件下, 仿真计算得到大气层顶的红外辐射图像。各像元辐亮度的统计结果显示: 在2.7 μm带的平均辐亮度为1.832e-2±3.024e-2 W/(m2·sr), 卷云像元平均辐亮度比晴空像元强433倍; 各像元在4.3 μm带的平均辐亮度为3.027e-2±2.99e-3 W/(m2·sr), 像元最大辐亮度是最小值的2.37倍。
卷云 吸收带 红外辐射 晴空大气 cirrus absorption band infrared radiance clear-sky atmosphere MODIS MODIS 红外与激光工程
2018, 47(12): 1204003
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
对临近空间目标的空基/星载红外探测中的目标背景临边对比度问题进行物理建模, 详细阐述对比度的定义和模型中的高层大气辐射问题.利用适于模拟高层大气辐射的非局域热平衡模式, 结合探测器噪声假定, 计算理想黑体目标的临边对比度并分析高层大气辐射特性对对比度的影响.模拟结果表明, 在评估目标探测可行性时必须考虑探测器噪声的影响;在高层大气临边路径下水汽波段比大气窗区的可探测性更好, 而目标本征辐射与大气临边吸收和背景辐射间的关系导致了对比度复杂的变化特征.
大气光学 红外辐射 非局域热平衡 临近空间 临边对比度 atmospheric optics infrared radiation non-local thermodynamics equilibrium near-space limb contrast
