大氣輻射傳輸建立在電磁傳播理論、熱力學(xué)以及分子光譜學(xué)理論之上,主要研究大氣中輻射能量的傳輸和轉(zhuǎn)換過程,而大氣效應(yīng)仿真就是對(duì)大氣輻射傳輸數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可視化顯示。大氣效應(yīng)仿真在工程應(yīng)用方面有著重要意義。從數(shù)字地球到小規(guī)模場(chǎng)景仿真,大氣輻射傳輸效應(yīng)對(duì)場(chǎng)景的逼真度有至關(guān)重要的影響�？v觀目前主流大氣輻射傳輸模型,大部分都具備光譜分辨率高、計(jì)算結(jié)果可信度高等優(yōu)點(diǎn),但在計(jì)算速度方面比較緩慢。對(duì)于部分對(duì)光譜分辨率要求較低的大氣輻射傳輸計(jì)算,使用較為簡(jiǎn)潔快速的計(jì)算模型可以有效提高計(jì)算效率。本文以大氣輻射傳輸快速計(jì)算和實(shí)時(shí)仿真為研究目標(biāo),主要做了以下工作:（1）從Rayleigh散射、Mie散射以及氣體吸收理論出發(fā),考慮了大氣壓強(qiáng)和大氣溫度對(duì)氣體吸收系數(shù)的影響,使用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)吸收系數(shù)進(jìn)行修正,并結(jié)合朗伯-比爾定律計(jì)算大氣透過率。根據(jù)基爾霍夫定律建立了局部熱力學(xué)平衡狀態(tài)下大氣自輻射快速計(jì)算方法�？紤]大氣對(duì)太陽光的散射作用,使用了一種簡(jiǎn)化大氣散射計(jì)算模型,通過逐次散射疊加的方法計(jì)算大氣散射亮度。（2）考慮大氣的球面分布特點(diǎn),研究了球面大氣的分層方法和幾何參數(shù)計(jì)算方法,結(jié)合GPU實(shí)現(xiàn)大氣輻射傳輸高速計(jì)算。為滿... 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

六種大氣模式的溫度廓線

mk)圖2.2 氣溶膠濃度隨高度分布在 0~10km 的對(duì)流層，氣溶膠的濃度隨高度大概呈負(fù)指數(shù)衰減。平流層內(nèi)的氣溶膠濃度又呈上升趨勢(shì)，在 20km 左右達(dá)到最高，這一層被稱為榮格層。2.2 大氣中的輻射過程電磁輻射在大氣中傳播時(shí)，部分電磁波波會(huì)被大氣分子以及氣溶膠散射到周圍環(huán)境中，從而使原先傳播方向的電磁輻射能量減少。Rayleigh 散射在散射質(zhì)點(diǎn)為分子級(jí)的情況下發(fā)生，而米散射是較大顆粒的散射過程。散射可通過尺度數(shù) α = 2π r/λ進(jìn)行表征。當(dāng) α << 1時(shí)為瑞利散射；0.1 < α< 50時(shí)為米氏散射； α > 50時(shí)的散射為幾何光學(xué)散射。大氣在散射太陽光的同時(shí)，自身也存在熱輻射。地面會(huì)將照射到其表面的輻射能量反射到大氣中。所以

層大氣的熱輻射亮度。(4)積分計(jì)算出整條路徑上的大氣熱輻射亮度。圖2.4 路徑輻射分段示意圖整條路徑上的大氣輻射亮度可以表示為：N01( , , ) ( , , ') ( , ) /path iiL λ r r τ λ r r ΔM λ Tπ== ∑ (2-30)(2-30)式中， τ ( λ, r , r') 是r 到 r' 的譜線透過率， ( , )iΔF λ T是大氣熱輻射輻出度。在計(jì)算大氣自輻射時(shí)，認(rèn)為大氣處于局部熱穩(wěn)定狀態(tài)且各個(gè)方向上的大氣熱輻射是均勻的。結(jié)和基爾霍夫定律，上式可以寫為：N0 B1( , , ) ( , , ') ( ) ( , ) /path i iiL λ r r τ λ r r ε λ M λ Tπ== ∑ (2-31)(2-31)式中，iε ( λ )是每一層的大氣的發(fā)射率。根據(jù)局部熱力學(xué)平衡假設(shè)和基爾霍夫定理，最終的大氣路徑輻射方程可表示為：iN20 5/( )12 1( , , ) ( , , ') (1 ) (1 ( ))e 1Bpath i hc K TihcL r r r rλλ τ λ τ λλ== ∑ (2-32)(2-32)式中，0( , , )pathL λr r 是大氣路徑輻射亮度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于GPU的大氣輻射傳輸特性快速計(jì)算技術(shù)研究[D]. 謝秉磊.大連海事大學(xué) 2016
[2]典型天氣大氣輻射傳輸特性模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 張敏.大連海事大學(xué) 2015
[3]基于CPU+GPU的圖像處理異構(gòu)并行計(jì)算研究[D]. 呂向陽.南昌大學(xué) 2014
[4]臨邊大氣輻射特性研究[D]. 辛琪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[5]基于GPU的直接體繪制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉光國.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
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本文編號(hào)：3595016