摘 要

大气辐射传输模式可利用于气候研究领域和遥感研究领域。大气透过率是大气辐射方向近年来较热门的研究分支。大气透过率的仿真模拟与当地的气候条件和采用的大气辐射传输算法密切相关。

本文立足于我国两大天文观测站点：兴隆观测站、丽江观测站。对天文观测站位置上方的大气透过率用两种常用的大气辐射仿真软件进行模拟，以比较两者的不同之处。

1. 对两大天文观测站点的全年天气情况进行分析，在当地的典型气候条件下对其上方的大气透过率进行模拟。
2. 利用HITARN和MODTRAN分别计算指定地区的大气透过率，再将两种结果进行比较，分析两种计算模式对大气透过率结果的不同影响。
3. 使用MATLAB和ORIGIN软件对两种计算模式得到的大气透过率数据进行分析，并将其以谱线图的形式表现出来。

本文的创新点在于目前没有关于精确的坐标位置上空的大气透过率模拟，选择了大气透过率对观测结果影响巨大的天文观测站点作为目标对象，最终仿真出大气透过率的谱线图。

关键词：大气透过率、HITRAN、MODTRAN、兴隆站、丽江站

Abstract

Atmospheric radiation transfer model can be used in the fields of climate research and remote

sensing. Atmospheric transmittance is the most popular research branch of atmospheric radiation in recent years.The simulation of atmospheric transmittance is closely related to the local climatic conditions and the atmospheric radiation transmission algorithm.

This article is based on two astronomical observation sites in China: Xinglong Observation Station and Lijiang Observation Station.The atmospheric transmittance above the astronomical observatory station is simulated with two commonly used atmospheric radiation simulation software, then compare the differences between the two results.

１．Analyze the weather conditions of the two astronomical observation sites throughout for the whole year,simulation of atmospheric transmittance above it in typical local climate conditions.

２．Using HITARN and MODTRAN to calculate the atmospheric transmittance of designated areas,then compare the two results,analyze the different effects of two calculation modes on atmospheric transmittance results.

３．Using MATLAB and ORIGIN to analyze atmospheric transmittance data from the two calculation modes,and show it as a spectral line diagram.

The innovation of this paper is that there is no simulation of atmospheric transmittance over the precise coordinate position，select the tremendous impact of atmospheric transmittance for astronomical observation site observations as the target object.Finally, the spectral line diagram of atmospheric transmittance is simulated.

Key Words：atmospheric transmittance、HITRAN、MODTRAN、Xinglong Observation Station、Lijiang Observation Station

目□□录

第一章：绪论 1

１．１　天文观测发展 1

１．２　大气透过率与天文观测的关系 3

１．３　大气透过率国内外研究现状 3

１．４国内著名天文台观测条件 4

１.４．１ 兴隆观测站及气象条件 4

１.４．２ 丽江观测站及气象条件 5

１.４．３ 其它台站 5

１.５　本文主要研究内容 6

１.６　本章小结 6

第二章　大气透过率仿真方法 7

２.１　地球大气组成及其变化 7

2.1.1 对流层 7

2.1.2 平流层 8

2.1.3 中层 8

2.1.4 热层 8

2.1.5 外逸层 8

２.２　大气辐射传输 8

２.３　大气透过率计算方法 9

２.４　Beer-Lambert定律 10

２.５　本章小结 11

第三章　基于MODTRAN的大气透过率仿真 12

３.１　MODTRAN简介 12

３.２　兴隆、丽江观测站的仿真参数 13

３.３　数据处理与结果对比 14

３.４　本章小结 15

第四章　基于HITRAN的大气透过率仿真 16

４.１　HITRAN简介 16

４.２　仿真条件 17

４.３　基于MATLAB的数据处理 17

４.４　结果对比与分析 17

４.５　本章小结 19

第五章　结论与展望 20

参考文献 21

致 谢 22

第一章：绪论

１．１　天文观测发展

天文学是一门古老的学科，在数千年前，人们就通过天观察天象来解释一些大自然的现象，天文学的研究对象主要是宇宙的运行规律。它通过观察并解释天体外层与内层的物质状况及运动规律为主的学科。主要研究天体的运动规律、分布情况、空间位置、物理性质、内部结构、大气组成、形成与演化。天文学与其他自然学科有明显的不同之处，天文学主要通过观测的方法来进行各种实验，利用各种工具对目标进行观测来获取目标的各种信息。因而对观测工具和观测方法的研究，一直以来都是天文学家们不停前进的方向。不断改进和发现新的天文观测的方法是天文学家们和天文爱好者们永无止境的目标和使命，也是促使天文学发展的力量和源泉。观测各种天体的主要手段是天文望远镜。甚至可以说，没有天文望远镜的发明和不断发展，就没有现在的天文学。随着天文望远镜在各个方面上的性能优化和改进，信息技术的不断更新与发展，天文学正在经历着迅速的崛起，不断增加着人们对宇宙的了解。

１６０８年，荷兰的眼镜商李·波尔赛不经意间发现用两块透镜竟然可以看到远处的物体，在此之后，他仔细研究了望远镜的原理，制造出了第一代的望远镜模型。１６０９年，著名天文学家伽利略制作出了第一架折射式天文望远镜，口径４.２厘米，长约１．２米。正是这架望远镜，它将天文学带入了全新的时代。１６１１年，德国著名的天文学家开普勒通过不断研究，将天文望远镜做了改进，大大提高了放大倍数。这两种天文望远镜都属于折射式的天文望远镜，这两种折射式天文望远镜一直被人们沿用到了现在。开普勒式的天文望远镜非常受天文爱好者的喜爱。折射望远镜有许多优点，焦距长、底片比例尺大、稳定性好、对镜筒弯曲不敏感，非常适合天体参数测量方面的工作。但是它也有一定的缺点，大面积的光学玻璃的浇制十分困难，直到１８９７年，这个问题得以解决。自此，折射望远镜的发展达到顶点。由于技术上的限制，至今折射式望远镜也没有出现口径更大、性能更佳的产品。