考試科目代碼：3006

考試科目名稱：大氣輻射學

第一部分 課程目標與基本要求

一、課程設置性質(zhì)與設置目的

大氣輻射學是大氣探測遙感專業(yè)的一門專業(yè)基礎理論課, 設置本課程的目的是為從事大氣遙感科學與技術研究基礎理論知識，通過對大氣輻射學的學習，為大氣探測和遙感技術研究工作提供理論依據(jù)和新方法的研究。

二、基本要求

掌握大氣輻射的基本物理量, 輻射基本定理，光譜線理論，大氣分子和粒子的吸收理論的理論及計算方法;分子散射和大氣中球形粒子、非球形粒子散射理論，大氣中分子和粒子、云中水滴和冰晶的衰減系數(shù)的計算方法、地表的輻射特性，大氣輻射傳輸方程的各種表示形式，地表面輻射過程和云中的輻射傳輸特征。紅外輻射求解方法、大氣多次散射輻射傳輸方程的二流近似、迭代法近似求解和離散縱標法、累加法和不變性原理等精確求解的處理方法。大氣中紅外輻射冷卻率和太陽輻射對大氣加熱率的計算方法。在學習大氣輻射基礎上理解其在遙感探測中的應用。

第二部分 課程內(nèi)容與考核目標

第一章 引言

1、 了解地球大氣系統(tǒng)輻射平衡

2、了解全球大氣能量收支

3、了解輻射平衡、大氣環(huán)流和大氣的溫度結構

4、了解輻射和大氣遙感探測間關系

第二章 大氣輻射概念、定義、和單位

1、理解基本輻射量的含意

2、掌握基本輻射定理

3、掌握輻射的吸收、散射和反射(理解衰減系數(shù)、吸收系數(shù)和散射系數(shù)、發(fā)射系數(shù)、光學厚度源函數(shù)、分子散射和粒子散射、反射函數(shù)和透射函數(shù)、單次反照率和相函數(shù)、不對稱因子、輻射場的矩、輻射壓力和壓力張量等的含意)

4、掌握輻射傳輸方程(理解普適輻射傳輸方程、熟悉球坐標系中時間獨立的傳輸方程、柱坐標系中傳輸方程、多維系統(tǒng)中的傳輸方程)

第三章 大氣紅外輻射傳輸理論、參數(shù)化

1、掌握大氣紅外輻射傳輸方程( 包括Beer-Bouguer-Lambert定理、紅外輻射傳輸方程、平面平行大氣的紅外輻射傳輸方程、有限大氣中的紅外輻射傳輸方程、不均勻介質(zhì)中多維紅外輻射傳輸方程)

2、理解光譜線的形成和譜線參數(shù)(光譜線的形成、表征光譜線的參數(shù)、光譜線的加寬、光譜線的強度、光譜線的吸收系數(shù))

3、了解大氣紅外發(fā)射譜和溫室效應

4、理解大氣氣體的吸收特征和氣體(水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷、一氧化氮、含氯氟烴)

5、理解譜帶模式(單譜線模式、規(guī)測模式、統(tǒng)計模式、非均質(zhì)大氣中的應用、、)

6、了解非均勻大氣光譜透過率的物理調(diào)整(定標近似、兩參數(shù)近似、三參數(shù)近似、譜帶模式中兩參數(shù)近似)

7、了解K分布模式(基本概念、幾率函數(shù)的求取、相關K分布方法、對于非均勻大氣的應用、重迭譜線的考慮)

8、了解通量的寬帶方法和紅外冷卻率的計算(寬帶發(fā)射率、等溫寬帶發(fā)射率、寬帶通量發(fā)射率的參數(shù)化、牛頓冷卻率近似、通量遙感測量和冷卻率)

第四章 太陽輻射傳輸理論、參數(shù)化

1、理解地球能量的源頭?太陽(太陽的結構、太陽軌道和太陽常數(shù)、太陽的輻射隊輸出、太陽天頂角的計算、太陽光譜、地球截獲的太陽輻射、大氣對太陽的吸收的計算：水汽、臭氧、氣溶膠、混合氣體、太陽的直接輻射、散射輻射、凈輻射和總輻射的計算)

2、掌握散射大氣中的太陽輻射傳輸基本方程(多次散射輻射傳輸方程、相函數(shù)的展開和輻射傳輸方程的表示、與方位無關的輻射傳輸方程、輻射通量密度和太陽對大氣加熱率的計算)

3、理解輻射傳輸近似計算(太陽的一次散射計算、輻射傳輸?shù)牡嬎?、兩流近似和統(tǒng)一表述、愛丁頓近似、Delta –函數(shù)調(diào)整和相似原理、輻射傳輸參數(shù) ? - 四流近似)

4、理解輻射傳輸?shù)木_求解(求積公式、雙倍高斯法、各向同性輻射傳輸?shù)碾x散縱標法、各向同性散射半無限大氣漫反射定理、各向性輻射傳輸?shù)碾x散縱標法、離散縱標法法的矩陣形式、矩陣特征值、源函數(shù)和角分布、邊界條件、不均勻多層介質(zhì)的解)

6、理解輻射傳輸?shù)碾p倍法和累加法(雙倍法和嵌入法、累加方程、累加法與不變性原理、對于不均勻介質(zhì)內(nèi)場的擴展、累加法與離散縱標法)

7、了解不變性原理和輻射通量傳輸(半無限大氣的不變性原理、有限大氣中的不變性原理、X函數(shù)和Y函數(shù)、)

8、 了解考慮地表面后的輻射傳輸

第五章 Mie散射理論

1、理解大氣中粒子的尺度和微物理特性

2、理解球形粒子光散射的Mie理論(電磁波動方程和解、散射形式解、遠場解和衰減參數(shù)、球形粒子散射相矩陣、粒子群散射參數(shù))

3、了解幾何光學(衍射、幾何反射和衍射、幾何光學、羅侖茲米理論)

4、了解冰晶的光散射(冰晶的幾何光學、幾何光學的吸收效應、射線跟蹤蒙特卡洛法、改進的幾何光學法、非球形粒子的散射相矩陣、冰晶光散射的一體化理論)

5、了解非球形氣溶膠的光散射(有限差分時間方法、T矩陣法、非球形氣溶膠光散射的測量)

第六章 云中大氣的輻射傳輸

1、理解云粒的散射和吸收特性

2、理解云的輻射特性

3、理解云輻射特性的參數(shù)化

4、了解有限云中的輻射傳輸

5、了解各向異性介質(zhì)中的輻射傳輸

6、了解一維輻射對流云模式中的輻射和云的作用

7、了解一維能量平衡平衡氣候模式中輻射的作用

8、了解二維輻射對流云模式中的輻射和云的作用

9、了解全球大氣環(huán)流模式中輻射和云過程的作用

第七章 極化輻射傳輸

1、理解斯托克斯參數(shù)

2、理解由斯托克斯參數(shù)I,Q,U,V表示的極化光

3、了解斯托克斯矢量的傳輸方程

4、了解Milne-Eddington矢量傳輸方程的解

5、了解極化輻射傳輸方程的解

第八章 輻射傳輸理論在遙感大氣中的應用

1、理解利用入射陽光遙感氣溶膠和臭氧(氣溶膠光學厚度和粒子尺度分布的確定、臭氧總含量的確定、臨邊衰減方法)

2、理解可見光波段的空間遙感(衛(wèi)星太陽的幾何關系與理論依據(jù)、空間遙感臭氧、空間遙感氣溶膠、空間遙感陸面、空間遙感云特性)

3、理解紅外波段的空間遙感(基本理論、表面溫度遙感、大氣溫度的遙感、大氣水汽遙感、云特性遙感)

4、理解微波段的遙感(微波譜和傳輸方程、由微波發(fā)射光譜遙感降水、由微波發(fā)射光譜遙感可降水、由微波發(fā)射光譜遙感溫度)

5、了解GPS遙感大氣中的水汽

6、了解TRMM遙感大氣水汽和降水

第九章 輻射傳輸理論在遙感地表生態(tài)的應用

1、理解地表面輻射特性

2、了解近地面層植被中的輻射傳輸

3、了解近地面能量過程和生態(tài)過程

4、了解地表面輻射特性的遙感

5、了解地面植被的遙感

6、了解衛(wèi)星遙感的地面輻射參數(shù)和生態(tài)變量

7、了解地表干旱的監(jiān)測

8、了解光合有效輻射的遙感

第十章 輻射與氣候

1、理解地球大氣系統(tǒng)中的輻射收支

2、了解輻射和對流大氣

3、了解一維氣候模式中的輻射

4、了解輻射在氣候模式中的能量平衡

5、了解全球氣候模式中的輻射

第三部分 有關說明與實施要求

1、考試目標的能力層次的表述

本課程對各考核點的能力要求一般分為三個層次用相關詞語描述：

較低要求——了解;

一般要求——理解、熟悉、會;

較高要求——掌握、應用。

一般來說，對概念、原理、理論知識等，可用“了解”、“理解”、“掌握”等詞表述;對計算方法、應用方面，可用“會”、“應用”、“掌握”等詞。

2、命題考試的若干規(guī)定

(1)本課程的命題考試是根據(jù)本大綱規(guī)定的考試內(nèi)容來確定的，根據(jù)本大綱規(guī)定的各種比例(每種比例規(guī)定可有3分以內(nèi)的浮動幅度，來組配試卷，適當掌握試題的內(nèi)容、覆蓋面、能力層次和難易度)。

(2)各章考題所占分數(shù)大致如下：

① 大氣輻射概念、定義、和單位，約占15%

② 大氣紅外輻射傳輸理論、參數(shù)化約占25%

③ 太陽輻射傳輸理論、參數(shù)化約占25%

④ Mie散射理論約占8%

⑤ 云中大氣的輻射傳輸約占7%

⑥極化輻射傳輸約占5%

⑦輻射傳輸理論在遙感大氣中的應用約占10%

⑧輻射傳輸理論在遙感地表生態(tài)的應用約占3%

⑨輻射與氣候約占2%

(3)其難易度分為易、較易、較難、難四級，每份試卷中四種難易度，試題分數(shù)比例一般為2：3：3：2。

(4)試卷中對不同能力層次要求的試題所占的比例大致是：“了解(知識”占15%，“理解(熟悉、能、會)”占40%，“掌握(應用)”占45%。

(5)試題主要題型有填空題、單項選擇題、簡單計算題、計算題、應用題等五種題型。

(6)考試方式為閉卷筆試?？荚嚂r間為180分鐘，試題主要測驗考生對本學科的基礎理論、基本知識和基本技能掌握的程度，以及運用所學理論分析、解決問題的能力。試題要有一定的區(qū)分度，難易程度要適當。一般應使本學科、專業(yè)本科畢業(yè)的優(yōu)秀考生能取得及格以上成績。

(7)題型舉例

●名詞解釋：

行星反照率(局地反射比)

譜線半寬度

●問答題

單譜線吸收系數(shù) 表示為線強與譜型函數(shù)的乘積，寫為

試述線強和譜型函數(shù)與什么有關，譜型函數(shù)有幾種類型?

●分析計算題

試分析陽光多次散射輻射傳輸方程，求解大氣輻射傳輸方程時應考慮的主要因子。并分別列舉幾種常用的數(shù)值求解方法。

●證明題

假如相函數(shù)表示為 ，其中 ，

試證明

其中 是不對稱因子，并且前向和后向部分分別為 和 。

●應用題

試述大氣輻射在遙感中的應用。