The invention provides a Doppler differential detection method for atmospheric wind field, temperature field and ozone concentration, using oxygen molecule a.
【技术实现步骤摘要】
一种大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法
本专利技术涉及一种测量大气风场、温度场及臭氧浓度的方法。
技术介绍
干涉光谱技术是遥感探测大气成分精细光谱特征的重要手段之一,其以特定大气成分的精细光谱为观测目标,利用采集到的干涉图可以反演出谱线的多普勒频移、多普勒展宽、相对或绝对强度等信息,进而可实现对大气风场、温度场和特定成分浓度的测量。中间层大气风场、温度场及臭氧浓度的传统干涉测量方法是基于广角迈克尔逊(Michelson)干涉仪原理的“四步法”[1]。广角迈克尔逊干涉仪以O21Δ(0,0)的RQ(9)、SR(3)、RR(9)和PQ(19)、OQ(11)、PP(19)六条谱线为观测目标,对每条谱线采集四幅相位相差π/2的干涉图,则可以计算出每条谱线中心波长的多普勒频移和谱线强度,进而获得大气运动速度和臭氧浓度,再通过RQ(9)、SR(3)、RR(9)或PQ(19)、OQ(11)、PP(19)两组内三条谱线之间相对强度的变化得到大气温度。由于广角迈克尔逊干涉仪对目标谱线只采集四个相位点的干涉图,远不能满足复原光谱的采样要求,所以每条目标谱线都需要利用极窄带宽(~0.1nm)的滤光片分离出来单独观测。上述探测方法存在以下不足:第一,极窄带宽(~0.1nm)滤光片的研制和热稳定性控制工艺难度大;第二,系统绝对辐射定标精度要求高;第三,星载观测情况下,各条谱线观测数据来自不同大气区域,导致温度反演精度不高。多普勒差分干涉光谱技术是一种空间调制型干涉光谱技术,其对目标谱线的干涉图采样满足采样定理,依据傅里叶变换光谱学原理能够得到目标谱线的复原光谱[2]。多普 ...
【技术保护点】
1.一种大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:以氧分子a1Δg→X3∑g跃迁的RQ(9)、SR(3)、RR(9)强线组合或PQ(19)、OQ(11)、PP(19)弱线组合为多普勒差分干涉仪的观测目标源;多普勒差分干涉仪同时观测三条目标谱线,得到包含三种不同空间频率和强度的复合叠加干涉图,每条谱线的中心波长和谱线强度与组成复合叠加干涉图的一种单频干涉图的空间频率和强度一一对应;步骤二:对复合叠加干涉图进行傅里叶变换得到三条目标谱线的复数复原光谱;步骤三:基于三条目标谱线的复数复原光谱,分别计算得到风场、温度场和臭氧浓度;其中:风场计算,是先将三条复原谱线分离出来,得到每条目标谱线在正频率空间的复数复原光谱,再对复数复原谱进行傅里叶变换即得到单一目标谱线的单频复数干涉图,利用单频复数干涉图的虚部与实部比值的反正切计算出基础光程差采样点的相位值,进而计算出视线方向的大气风速;温度场计算,是先计算复数复原光谱的模得到三条目标谱线复原光谱的相对强度,根据其中任意两条谱线相对强度变化即得到大气温度信息;臭氧浓度计算,是先计算复数复原光谱的模得到三条目标谱 ...
【技术特征摘要】
1.一种大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:以氧分子a1Δg→X3∑g跃迁的RQ(9)、SR(3)、RR(9)强线组合或PQ(19)、OQ(11)、PP(19)弱线组合为多普勒差分干涉仪的观测目标源;多普勒差分干涉仪同时观测三条目标谱线,得到包含三种不同空间频率和强度的复合叠加干涉图,每条谱线的中心波长和谱线强度与组成复合叠加干涉图的一种单频干涉图的空间频率和强度一一对应;步骤二:对复合叠加干涉图进行傅里叶变换得到三条目标谱线的复数复原光谱;步骤三:基于三条目标谱线的复数复原光谱,分别计算得到风场、温度场和臭氧浓度;其中:风场计算,是先将三条复原谱线分离出来,得到每条目标谱线在正频率空间的复数复原光谱,再对复数复原谱进行傅里叶变换即得到单一目标谱线的单频复数干涉图,利用单频复数干涉图的虚部与实部比值的反正切计算出基础光程差采样点的相位值,进而计算出视线方向的大气风速;温度场计算,是先计算复数复原光谱的模得到三条目标谱线复原光谱的相对强度,根据其中任意两条谱线相对强度变化即得到大气温度信息;臭氧浓度计算,是先计算复数复原光谱的模得到三条目标谱线复原光谱的相对强度,再利用绝对辐射定标数据对复原光谱进行校正,得到大气成分目标谱线辐亮度,即得到臭氧浓度。2.根据权利要求1所述的大气风场、温度场...
【专利技术属性】
技术研发人员:冯玉涛,武魁军,傅頔,郝雄波,武俊强,闫鹏,胡炳樑,
申请(专利权)人:中国科学院西安光学精密机械研究所,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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