火星大气二氧化碳光学深度与高程的关系.pdfVIP

火星大气二氧化碳光学深度与高程的关系 祝民强1，关华德2，谢红接3，胡全一1 ofChemi and (1．东华理工大学江西省数字国土重点实验室，江西抚州344000；2．SchoolStry，Physics Earth＆Environmental EarthSciences，FlindersUniversity，Adelaide，Australia；3．Departmentof ofTexasatSan Science。UniversityAntonio，SanAntonio，TX，78249，USA) 摘要：由于火星大气组分与地球不同，研究火星大气COz的光学厚度随高度变化的规律，将为构建火 星大气辐射传输方程提供理论基础。在欧洲空间局“火星快车”OMEGA高光谱探测数据中，火星大气c如 在2．O岫波段具有明显的吸收特征。本文利用火星上一座顶底高差达24Km火山(OlympusMons)的地形 地貌的特殊性，根据比尔一朗伯特定律计算不同高程像元大气C02的光学厚度，然后对同景MOLA高程数据和 大气C02的光学厚度进行最小二乘拟合，求得拟合曲线方程。方程显示大气C0。的光学厚度与高程呈指数变 化关系。 关键词：火星快车；oMEGA；MOLA高程；二氧化碳光学深度 火星大气主要成分是C02，约占95．3％，其次是氮气2．7％，氩1．6％，氧气0．13％，CO et a1．．2005)。卫星传感器在获取数据的过程中不可避免地受到火星大气和气溶胶等吸收与散 射的影响，为了得到火星地表的反射和发射率光谱曲线，必须对卫星传感器获取的数据进行 大气校正。火星大气对太阳辐射的吸收主要是C02，其次是水气；而地球大气吸收主要是水 气，其次是C02。因此，探索火星大气中C02随高度变化的规律将为下一步开展火星高光 谱大气校正方法的研究提供依据，为构建火星大气辐射传输方程提供理论基础。 本研究利用欧洲空间局“火星快车”OMEGA高光谱探测数据和火星全球探测者MOLA 高程影像数据，分析覆盖火星上最高火山Olympus 据影像，研究C02的主要吸收波段和吸收强度，利用比尔．朗伯特定律建立数学模型，获取 C02路径光学深度随高度变化的特征和规律，并求解C02主要吸收波段路径光学深度与地形 高度的函数关系。 1研究方法 Mons，顶底高差达24km，与火星 火星上发育有太阳系行星中最高的火山——olympuS 最低之处的高差达28km。这种高地形差异提供了一个间接研究火星大气随高度变化的可利 Mons地区高程差所形成的大气辐射吸收差异，构建路 用的特殊地貌条件。可利用Olympus et a1．，1989，2005)。 径光学深度与大气高度的函数关系，从而研究大气路径参数条件(Bibring 比尔．朗伯特定律，是对描述光与物质问相互关系的麦克斯韦远场方程的简化描述。假 设火星大气体顶底面平行，这里只考虑火星大气C02的吸收，根据比尔定律，得到辐射转 输函数： ，TF。r。e‘ (1) 160 式中，，是传感器接收的C02吸收波段上行光谱辐射强度，F是火星大气项部的太阳下行 光谱辐射强度，r是地表光谱反射率，．是火星大气C02双向路径光学深度(从大气顶部传 入的辐射到传感器接收到的出射辐射的路径光学深度)，是所求路径中C02分子数和C02分 与太阳辐射流(F)的比值，即辐射率(I／F)为： I／Ftr-， (2) 连续统定义为逐点直线连接光谱中那些凸出的“峰”值点，并使折线在“峰”值点上的外角 大于1800，峰值点上的相对值