大气温度HIRS和大气

最后更新于2022年1月7日星期五|地球表面

气象部门现在经常使用红外线遥感从卫星获得的大气垂直温度廓线来增强传统来源，如气球载无线电探空仪。为此，已使用多年的高分辨率红外辐射探测仪(HIRS)采用干涉滤波器(约10 cm-1)可获得的最高光谱分辨率的大量通道(20个)，以分离15和4.3 × m时CO2振动-旋转波段不同部分的发射强度。它们来自大气中不同的高度范围，并允许重建温度的垂直剖面。水蒸气的粗剖面是通过在6.7±H2O波段中包含三个通道来实现的。

HIRS光学系统，像MODIS一样，使用二向色分束器在可见光、近红外和中红外提供三个通道，进一步多路复用是通过一个滤光轮携带两个滤光环。最新、先进的温度测深仪使用固定光栅光谱法或干涉测量法同时对大量狭窄通道进行采样。Aqua航天器上的AIRS(大气红外探测器)与MODIS一起同时测量了2378个光谱通道，范围为0.4 ~ 1.7±3.4 ~ 15.4±，光谱分辨率为a /AA«1200，对应温度探测通道约0.01±。衍射光栅分散光

跟踪浮动。10.9.MODIS光学布局。扫描镜将地球视图反射到望远镜组件中，二向色分束器系统将入射辐射按波长分为四个通道;可见光(VIS)(0.412至0.551 pm)、近红外(0.650至0.940 pm)、短波/中红外(MIR)(1.240至4.565 pm)和长波红外(LIR)(6.715至14.235 pm)。

从现场辐射到焦平面上的17个HgCdTe探测器线性阵列(图10.10)，在卫星的飞行轨道上同时给出90个地面脚印。每个探测器单元的视场为1.1°，对应于地表约10公里的空间分辨率。探测器通过斯特林循环脉冲管冷冻器冷却到60k，而光谱仪的其余部分通过两级被动辐射冷却器冷却到155k，以降低背景通量并达到所需的仪器灵敏度。扫描镜每2.67秒完成一个完整周期，提供空间覆盖和冷空间、热校准目标和可见辐射源的视图。扫描镜辐射耦合到光谱仪，使其在250 K的温度下工作。由于镜子的定义有一个低发射率，这是足够冷，以减少通量从镜子发射到仪器到一个可接受的水平。

AIRS仪器还包括在下午0.40到0.94之间的4个可见/近红外通道，主要用于红外视场中的云诊断。云污染是对流层测深仪的一个主要问题:即使AIRS的空间分辨率相对较高，估计也只有大约

浮动。10.10.AIRS仪表示意图。其原理与ERBE和MODIS类似(图10.4和10.9)，不同之处是光谱通道不仅由如图所示的滤波器定义，而且还由一个电栅光栅(弯曲衬底上的衍射光栅，使其聚焦和分散辐射)定义。其结果是高光谱分辨率和具有大量光谱通道的能力(见图10.11)。

折叠镜阵列flG。10.10.AIRS仪表示意图。其原理与ERBE和MODIS类似(图10.4和10.9)，不同之处是光谱通道不仅由如图所示的滤波器定义，而且还由一个电栅光栅(弯曲衬底上的衍射光栅，使其聚焦和分散辐射)定义。其结果是高光谱分辨率和具有大量光谱通道的能力(见图10.11)。

在海洋上进行的测量中，由于视场中存在云，5%的亮度变化小于0.6%。出于这个原因，AIRS与一对微波探测仪AMSU(高级微波探测仪)和HSB(巴西湿度探测仪)一起飞行，它们探测毫米波长的辐射，对大多数类型的云的存在不敏感。三种测深仪一起可以实现温度剖面反演，精度在1公里内大于1k垂直层在晴朗和部分多云的情况下，在对流层中，这是世界气象组织在20世纪90年代为精确的数值天气预报设定的目标。除大气温度剖面外，AIRS还定期生成以下各方面的数据集:

海洋表面温度;

地表温度和辐射率;

相对湿度廓线和总可降水量;分数云量;

云光谱红外发射率;云顶压力和温度;大气臭氧总负荷;

CO2、CH4、CO和N2O等大气微量气体的柱状丰度;

发出的长波辐射和长波cloud-radiative迫使；降水率。

在地底温度测深中，如HIRS和AIRS所使用的，上升流辐射是由垂直向下观测的仪器测量的，因此可以看到完整的大气柱。通过选择几个不透明度不同的光谱区间来测量辐射亮度，可以获得有关温度的垂直分辨信息，包括下边界的表面温度。在红外线活跃大气气体(如二氧化碳)的强吸收带内，大气是高度不透明的，测量的辐射来自顶部附近。在更透明的区域，辐射来自低层大气和地表。在吸收有一个中间值的波长，辐亮度来自大气中间的某个地方。因此，对测量亮度有贡献的发射的加权随测量波长的变化而变化，并且作为高度的函数的贡献由波长相关的描述权重函数．

在以波长a为中心的狭窄间隔AA内，大气顶部的辐亮度为

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