基于三維射線追蹤和HITRAN數(shù)據(jù)庫的透過率仿真計(jì)算

孫明晨， 吳小成, 宮曉艷， 胡 雄

1. 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心， 北京 100190 2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049

引 言

20世紀(jì)70年代以來， 大氣星光掩星技術(shù)被認(rèn)為是獲取行星大氣成分參數(shù)的有效手段之一[1]， 該技術(shù)基于大氣透過率Tobs利用差分光譜吸收法反演得到大氣中氧氣、 臭氧、 二氧化氮等各成分密度。 到目前為止， 已經(jīng)成功獲取地球、 火星、 木星、 金星等的大氣痕量成分密度， 用于模型修正、 氣候變化、 天氣問題等的研究[2-4]。 目前就星光掩星技術(shù)而言， 歐空局研制的GOMOS(global ozone monitoring by occultation of stars)利用紅外光譜進(jìn)行地球大氣80 km以下高度氧氣的探測(cè)[5]， 實(shí)際氧氣的數(shù)據(jù)質(zhì)量并不樂觀(envisat-earth online-ESA)； 另外， 美國彈道導(dǎo)彈防衛(wèi)處研制的UVISI(ultraviolet and visible imagers and spectrographic imagers)利用氧氣在紫外的吸收線探測(cè)了50～230 km左右的氧氣數(shù)密度[6]。 根據(jù)目前報(bào)道， 國外相關(guān)機(jī)構(gòu)未結(jié)合大氣星光掩星技術(shù)在紅外波段進(jìn)行大氣成分傳輸路線仿真和利用HITRAN數(shù)據(jù)庫進(jìn)行透過率計(jì)算。 由于GOMOS已利用紅外波段探測(cè)了20～80 km的氧氣數(shù)密度， 數(shù)據(jù)質(zhì)量雖不可觀， 但足以驗(yàn)證其可行性。 110 km以上的探測(cè)需要更高靈敏度的儀器， 因此本文繼續(xù)給出80～110 km高度范圍紅外輻射的透過率計(jì)算。 此外， 還給出特征譜線760和762 nm從地面到110 km的透過率變化， 對(duì)氧氣在近紅外波段的大氣透過率以及光強(qiáng)度信噪比進(jìn)行仿真。 這將有利于推動(dòng)星光掩星反演算法的研究和測(cè)試， 加快形成探測(cè)氧氣的小型化儀器， 也可預(yù)先分析探測(cè)誤差等。

1 三維射線追蹤

三維射線近似可以有效的模擬恒星光線在地球大氣的傳播， 并可基于模擬的射線， 來計(jì)算透過率Tobs, 進(jìn)行數(shù)據(jù)的正演和反演， 根據(jù)仿真結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計(jì)載荷的形成。……