Ji Wei, Qi Linlin，Xing Ping, et al. Influence of clouds cover on transmission of infrared radiation in actual marine atmosphere [J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2021,16(2): 88-97.

吉微*，齊琳琳，邢平，等. 云遮擋對海上紅外透過率影響分析[J]. 大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報, 2021,16(2): 88-97.

鑒于實際大氣環(huán)境的紅外輻射特征研究對于提升紅外系統(tǒng)性能具有重要意義，而基于真實大氣環(huán)境的紅外輻射特性的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到實際的應(yīng)用需求，因此了解掌握研究區(qū)域海上基本大氣環(huán)境參數(shù)特征，依據(jù)大氣輻射傳輸和衰減機(jī)理，將海上真實大氣參數(shù)作為輸入，開展云對海上大氣透過率分布特征的影響研究，對于深入討論大氣環(huán)境對海上紅外輻射傳輸?shù)挠绊懢哂兄匾饬x。

北京航空氣象研究所大氣環(huán)境影響評估研究組根據(jù)輻射傳輸理論就大氣對紅外制導(dǎo)波段透過特性的影響進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，分析了不同地區(qū)的實際大氣條件、不同傳輸路徑和云雨環(huán)境對大氣透過率的影響。以實際大氣環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，充分考慮云底高度、云厚等云參數(shù)信息。以區(qū)域?qū)嶋H大氣數(shù)據(jù)為輸入，通過改變MODTRAN自帶云參數(shù)，分析了云遮擋對海上大氣透過率計算的影響。

一、研究區(qū)域?qū)嶋H大氣參數(shù)特征

實際大氣與標(biāo)準(zhǔn)大氣間存在較大差異，這些差異在大氣紅外輻射計算時會導(dǎo)致計算誤差，特別是10km以下誤差會比較明顯。因此，采用區(qū)域?qū)嶋H大氣數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣透過率計算，對于有效評估實際大氣條件變化對紅外輻射傳輸?shù)挠绊懯直匾?

圖1 標(biāo)準(zhǔn)大氣與實際大氣12個月溫度、氣壓、濕度廓線

二、結(jié)果分析

大氣環(huán)境中引發(fā)溫濕變化的最關(guān)鍵因素之一就是云?？紤]到云對紅外大氣輻射傳輸?shù)闹匾绊懀谘芯繀^(qū)域?qū)嶋H大氣參數(shù)環(huán)境，以3～5μm和8～12μm為研究波段，開展了既定高度、既定角度下的云底高、云厚對大氣透過率影響的研究。

圖2 兩個波段標(biāo)準(zhǔn)大氣與實際大氣透過率與云底高關(guān)系

圖3 標(biāo)準(zhǔn)大氣和實際大氣兩個波段大氣透過率隨云厚變化圖

現(xiàn)有研究或只考慮實際大氣，忽略云雨影響，或只針對標(biāo)準(zhǔn)大氣開展模型自帶云型的影響研究，沒有充分考慮海洋下墊面，海上氣溶膠模型、海面上空溫濕曲線等特征等與陸地下墊面的差異，缺乏即結(jié)合實際大氣又同時考慮云型、云底、云厚三要素影響的研究，使得紅外波段海上實際大氣傳輸透過特性研究存在不足，故以我國沿海地區(qū)實際大氣構(gòu)建大氣參數(shù)廓線并嵌入成熟、通用的大氣輻射傳輸模型，選取海洋氣溶膠模型，以3～5μm和8～12μm為研究波段，開展了云底高、云厚變化對海上紅外透過特性的影響分析，并與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的計算結(jié)果進(jìn)行比對，得到以下結(jié)論：

1)不同區(qū)域、不同季節(jié)的海上大氣環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度差異較大，對紅外大氣輻射傳輸造成明顯影響，因此在實際應(yīng)用中必須考慮真實大氣特征。

2)當(dāng)探測器與目標(biāo)物位置確定后，探測器與云層的位置關(guān)系，即云底高度的變化直接影響紅外透過率的計算結(jié)果，當(dāng)探測器受到云層遮蔽，即云阻擋視線路徑上光傳播時，對紅外探測產(chǎn)生直接影響；當(dāng)探測器位于云層下方、內(nèi)部和上方時，大氣透過率隨云底高度升高而增加，當(dāng)云層位于探測器上方，并且超過一定距離后，云層的改變將不再影響紅外探測的結(jié)果。

3)當(dāng)探測器與目標(biāo)物的位置確定后，且云層位于探測器上方較近距離時，云厚同樣較大程度地影響光線傳播。云厚較薄時，對探測效果沒有影響，但隨著云層的增厚云的遮蔽效果直接影響紅外探測性能，即當(dāng)云層增厚到一定程度后，隨著云厚增加探測能力遞減。由此可見，在云沒有阻擋視線路徑上光傳播的情況下，云厚的變化同樣削弱了太陽的影響，視線路徑上多次散射占主導(dǎo)作用，從而導(dǎo)致隨著云厚增加目標(biāo)識別同樣會變得困難。

課題組介紹