基于三维射线追踪和HITRAN数据库的透过率仿真计算

孙明晨， 吴小成, 宫晓艳， 胡 雄

1. 中国科学院国家空间科学中心， 北京 100190 2. 中国科学院大学， 北京 100049

引 言

20世纪70年代以来， 大气星光掩星技术被认为是获取行星大气成分参数的有效手段之一[1]， 该技术基于大气透过率Tobs利用差分光谱吸收法反演得到大气中氧气、 臭氧、 二氧化氮等各成分密度。 到目前为止， 已经成功获取地球、 火星、 木星、 金星等的大气痕量成分密度， 用于模型修正、 气候变化、 天气问题等的研究[2-4]。 目前就星光掩星技术而言， 欧空局研制的GOMOS(global ozone monitoring by occultation of stars)利用红外光谱进行地球大气80 km以下高度氧气的探测[5]， 实际氧气的数据质量并不乐观(envisat-earth online-ESA)； 另外， 美国弹道导弹防卫处研制的UVISI(ultraviolet and visible imagers and spectrographic imagers)利用氧气在紫外的吸收线探测了50～230 km左右的氧气数密度[6]。 根据目前报道， 国外相关机构未结合大气星光掩星技术在红外波段进行大气成分传输路线仿真和利用HITRAN数据库进行透过率计算。 由于GOMOS已利用红外波段探测了20～80 km的氧气数密度， 数据质量虽不可观， 但足以验证其可行性。 110 km以上的探测需要更高灵敏度的仪器， 因此本文继续给出80～110 km高度范围红外辐射的透过率计算。 此外， 还给出特征谱线760和762 nm从地面到110 km的透过率变化， 对氧气在近红外波段的大气透过率以及光强度信噪比进行仿真。 这将有利于推动星光掩星反演算法的研究和测试， 加快形成探测氧气的小型化仪器， 也可预先分析探测误差等。

1 三维射线追踪

三维射线近似可以有效的模拟恒星光线在地球大气的传播， 并可基于模拟的射线， 来计算透过率Tobs, 进行数据的正演和反演， 根据仿真结果指导设计载荷的形成。……