激光掩星探測大氣水汽的阿貝爾變換

作者：洪光烈,李虎,王建宇,王一楠,孔偉

摘要：對流層頂-平流層下區域(UTLS)的水汽分子密度對于研究全球變化、大氣物質能量交換具有十分重要的意義,激光掩星技術可能是一種探測該區域水汽的有效手段。掩星對于大氣探測的核心思想源于阿貝爾(Abel)變換。GPS掩星的阿貝爾積分變換表達的是連線的折射角與切點處折射率之間的關系,而與GPS掩星的阿貝爾積分變換不同的是,激光掩星的阿貝爾積分變換建立的是全路徑大氣光學厚度與切點處大氣消光系數之間的關系。從光線的程函方程出發,通過變量替換、坐標置換,從而建立起大氣光學厚度與大氣消光系數之間的關系。由于光在切點處大氣的消光系數和該處大氣的水汽濃度成正比,因此分別在微衛星和微衛星之間發射、接收0.935μm掩星激光脈沖,連接兩者之間的光束穿過大氣層,計算積分路徑上其水汽雙波長差分光學厚度,由阿貝爾積分變換反演即可獲得光束路徑切點處水汽濃度。隨著掩星連線的上下移動,連線切點高度隨著衛星相向或背向而行而變化形成水汽濃度廓線。由于激光束發散角小,因此由激光掩星方法獲得的水汽廓線高程精度高,水汽的吸收消光可以直接得到水汽的分子密度,優于GPS掩星的相位延遲間接方法,可以更直接精確地探測大氣對流層頂-平流層下區域的水汽分子密度。此外,研究表明激光掩星方法的光譜分辨率優于太陽掩星方法的光譜分辨率。

發文機構：中國科學院上海技術物理研究所中國科學院空間主動光電技術重點實驗室 中國科學院大學 中國科學院大氣物理研究所中國科學院中層大氣與全球環境探測重點實驗室

關鍵詞：激光掩星阿貝爾變換差分光學厚度水汽濃度laser occultationAbel transformationdifferential optical depththe volume mixing ratio of vapor

分類號： TP79[自動化與計算機技術—檢測技術與自動化裝置]