考试科目代码：3006

考试科目名称：大气辐射学

第一部分 课程目标与基本要求

一、课程设置性质与设置目的

大气辐射学是大气探测遥感专业的一门专业基础理论课, 设置本课程的目的是为从事大气遥感科学与技术研究基础理论知识，通过对大气辐射学的学习，为大气探测和遥感技术研究工作提供理论依据和新方法的研究。

二、基本要求

掌握大气辐射的基本物理量, 辐射基本定理，光谱线理论，大气分子和粒子的吸收理论的理论及计算方法;分子散射和大气中球形粒子、非球形粒子散射理论，大气中分子和粒子、云中水滴和冰晶的衰减系数的计算方法、地表的辐射特性，大气辐射传输方程的各种表示形式，地表面辐射过程和云中的辐射传输特征。红外辐射求解方法、大气多次散射辐射传输方程的二流近似、迭代法近似求解和离散纵标法、累加法和不变性原理等精确求解的处理方法。大气中红外辐射冷却率和太阳辐射对大气加热率的计算方法。在学习大气辐射基础上理解其在遥感探测中的应用。

第二部分 课程内容与考核目标

第一章 引言

1、 了解地球大气系统辐射平衡

2、了解全球大气能量收支

3、了解辐射平衡、大气环流和大气的温度结构

4、了解辐射和大气遥感探测间关系

第二章 大气辐射概念、定义、和单位

1、理解基本辐射量的含意

2、掌握基本辐射定理

3、掌握辐射的吸收、散射和反射(理解衰减系数、吸收系数和散射系数、发射系数、光学厚度源函数、分子散射和粒子散射、反射函数和透射函数、单次反照率和相函数、不对称因子、辐射场的矩、辐射压力和压力张量等的含意)

4、掌握辐射传输方程(理解普适辐射传输方程、熟悉球坐标系中时间独立的传输方程、柱坐标系中传输方程、多维系统中的传输方程)

第三章 大气红外辐射传输理论、参数化

1、掌握大气红外辐射传输方程( 包括Beer-Bouguer-Lambert定理、红外辐射传输方程、平面平行大气的红外辐射传输方程、有限大气中的红外辐射传输方程、不均匀介质中多维红外辐射传输方程)

2、理解光谱线的形成和谱线参数(光谱线的形成、表征光谱线的参数、光谱线的加宽、光谱线的强度、光谱线的吸收系数)

3、了解大气红外发射谱和温室效应

4、理解大气气体的吸收特征和气体(水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷、一氧化氮、含氯氟烃)

5、理解谱带模式(单谱线模式、规测模式、统计模式、非均质大气中的应用、、)

6、了解非均匀大气光谱透过率的物理调整(定标近似、两参数近似、三参数近似、谱带模式中两参数近似)

7、了解K分布模式(基本概念、几率函数的求取、相关K分布方法、对于非均匀大气的应用、重迭谱线的考虑)

8、了解通量的宽带方法和红外冷却率的计算(宽带发射率、等温宽带发射率、宽带通量发射率的参数化、牛顿冷却率近似、通量遥感测量和冷却率)

第四章 太阳辐射传输理论、参数化

1、理解地球能量的源头太阳(太阳的结构、太阳轨道和太阳常数、太阳的辐射队输出、太阳天顶角的计算、太阳光谱、地球截获的太阳辐射、大气对太阳的吸收的计算：水汽、臭氧、气溶胶、混合气体、太阳的直接辐射、散射辐射、净辐射和总辐射的计算)

2、掌握散射大气中的太阳辐射传输基本方程(多次散射辐射传输方程、相函数的展开和辐射传输方程的表示、与方位无关的辐射传输方程、辐射通量密度和太阳对大气加热率的计算)

3、理解辐射传输近似计算(太阳的一次散射计算、辐射传输的迭代计算、两流近似和统一表述、爱丁顿近似、Delta –函数调整和相似原理、辐射传输参数  - 四流近似)

4、理解辐射传输的精确求解(求积公式、双倍高斯法、各向同性辐射传输的离散纵标法、各向同性散射半无限大气漫反射定理、各向性辐射传输的离散纵标法、离散纵标法法的矩阵形式、矩阵特征值、源函数和角分布、边界条件、不均匀多层介质的解)

6、理解辐射传输的双倍法和累加法(双倍法和嵌入法、累加方程、累加法与不变性原理、对于不均匀介质内场的扩展、累加法与离散纵标法)

7、了解不变性原理和辐射通量传输(半无限大气的不变性原理、有限大气中的不变性原理、X函数和Y函数、)

8、 了解考虑地表面后的辐射传输

第五章 Mie散射理论

1、理解大气中粒子的尺度和微物理特性

2、理解球形粒子光散射的Mie理论(电磁波动方程和解、散射形式解、远场解和衰减参数、球形粒子散射相矩阵、粒子群散射参数)

3、了解几何光学(衍射、几何反射和衍射、几何光学、罗仑兹米理论)

4、了解冰晶的光散射(冰晶的几何光学、几何光学的吸收效应、射线跟踪蒙特卡洛法、改进的几何光学法、非球形粒子的散射相矩阵、冰晶光散射的一体化理论)

5、了解非球形气溶胶的光散射(有限差分时间方法、T矩阵法、非球形气溶胶光散射的测量)

第六章 云中大气的辐射传输

1、理解云粒的散射和吸收特性

2、理解云的辐射特性

3、理解云辐射特性的参数化

4、了解有限云中的辐射传输

5、了解各向异性介质中的辐射传输

6、了解一维辐射对流云模式中的辐射和云的作用

7、了解一维能量平衡平衡气候模式中辐射的作用

8、了解二维辐射对流云模式中的辐射和云的作用

9、了解全球大气环流模式中辐射和云过程的作用

第七章 极化辐射传输

1、理解斯托克斯参数

2、理解由斯托克斯参数I,Q,U,V表示的极化光

3、了解斯托克斯矢量的传输方程

4、了解Milne-Eddington矢量传输方程的解

5、了解极化辐射传输方程的解

第八章 辐射传输理论在遥感大气中的应用

1、理解利用入射阳光遥感气溶胶和臭氧(气溶胶光学厚度和粒子尺度分布的确定、臭氧总含量的确定、临边衰减方法)

2、理解可见光波段的空间遥感(卫星太阳的几何关系与理论依据、空间遥感臭氧、空间遥感气溶胶、空间遥感陆面、空间遥感云特性)

3、理解红外波段的空间遥感(基本理论、表面温度遥感、大气温度的遥感、大气水汽遥感、云特性遥感)

4、理解微波段的遥感(微波谱和传输方程、由微波发射光谱遥感降水、由微波发射光谱遥感可降水、由微波发射光谱遥感温度)

5、了解GPS遥感大气中的水汽

6、了解TRMM遥感大气水汽和降水

第九章 辐射传输理论在遥感地表生态的应用

1、理解地表面辐射特性

2、了解近地面层植被中的辐射传输

3、了解近地面能量过程和生态过程

4、了解地表面辐射特性的遥感

5、了解地面植被的遥感

6、了解卫星遥感的地面辐射参数和生态变量

7、了解地表干旱的监测

8、了解光合有效辐射的遥感

第十章 辐射与气候

1、理解地球大气系统中的辐射收支

2、了解辐射和对流大气

3、了解一维气候模式中的辐射

4、了解辐射在气候模式中的能量平衡

5、了解全球气候模式中的辐射

第三部分 有关说明与实施要求

1、考试目标的能力层次的表述

本课程对各考核点的能力要求一般分为三个层次用相关词语描述：

较低要求——了解;

一般要求——理解、熟悉、会;

较高要求——掌握、应用。

一般来说，对概念、原理、理论知识等，可用“了解”、“理解”、“掌握”等词表述;对计算方法、应用方面，可用“会”、“应用”、“掌握”等词。

2、命题考试的若干规定

(1)本课程的命题考试是根据本大纲规定的考试内容来确定的，根据本大纲规定的各种比例(每种比例规定可有3分以内的浮动幅度，来组配试卷，适当掌握试题的内容、覆盖面、能力层次和难易度)。

(2)各章考题所占分数大致如下：

① 大气辐射概念、定义、和单位，约占15%

② 大气红外辐射传输理论、参数化约占25%

③ 太阳辐射传输理论、参数化约占25%

④ Mie散射理论约占8%

⑤ 云中大气的辐射传输约占7%

⑥极化辐射传输约占5%

⑦辐射传输理论在遥感大气中的应用约占10%

⑧辐射传输理论在遥感地表生态的应用约占3%

⑨辐射与气候约占2%

(3)其难易度分为易、较易、较难、难四级，每份试卷中四种难易度，试题分数比例一般为2：3：3：2。

(4)试卷中对不同能力层次要求的试题所占的比例大致是：“了解(知识”占15%，“理解(熟悉、能、会)”占40%，“掌握(应用)”占45%。

(5)试题主要题型有填空题、单项选择题、简单计算题、计算题、应用题等五种题型。

(6)考试方式为闭卷笔试。考试时间为180分钟，试题主要测验考生对本学科的基础理论、基本知识和基本技能掌握的程度，以及运用所学理论分析、解决问题的能力。试题要有一定的区分度，难易程度要适当。一般应使本学科、专业本科毕业的优秀考生能取得及格以上成绩。

(7)题型举例

●名词解释：

行星反照率(局地反射比)

谱线半宽度

●问答题

单谱线吸收系数 表示为线强与谱型函数的乘积，写为

试述线强和谱型函数与什么有关，谱型函数有几种类型?

●分析计算题

试分析阳光多次散射辐射传输方程，求解大气辐射传输方程时应考虑的主要因子。并分别列举几种常用的数值求解方法。

●证明题

假如相函数表示为 ，其中 ，

试证明

其中 是不对称因子，并且前向和后向部分分别为 和 。

●应用题

试述大气辐射在遥感中的应用。