均匀大气中氧气A带平均透过率快速计算模型
地球大气透过率及辐射率计算.
应用气象学报V o l .9,N o .11998年2月QUA R T ERL Y JOU RNAL O F A PPL IED M ET EOROLO GY February 1998
地球大气透过率及辐射率计算
Ξ
吴 晓
(国家卫星气象中心,北京100081提 要
文章介绍了一种比较简单实用的地球大气的光谱透过率和到达大气层顶的红外辐射率的
w 3=w p z
p 0(8
p 0=740mm H g ,w是CH 4、N 2O的实
际含量,经验系数Γ取值:CH 4,Γ=0.
46;N 2O ,Γ=0.48.
气溶胶消光的透过率函数如下[4]:
Σ=e -r ∃L
(9∃L是大气路径(km ,r是气溶胶消光
系数.
r =b +k
(10b是气溶胶散射系数,k是气溶胶吸收系数
5
211期 吴 晓:地球大气透过率及辐射率计算
穿过地球大气到达外界的辐射率B (r ,T ′
由辐射传递积分方程表示:B (r ,T ′=B (r ,T 0Σb t +∫1Σa B (r ,T Σs d Σa (12
Σa是分子吸收透过率,Σs是分子散射和气溶胶散射透过率,Σb t是总透过率:
Σb t =Σa Σs
计算模型,光谱波长从4Λm到∞Λm ,吸收气体H 2O、CO 2、O 3的吸收计算采用E lsasser带模式及其经验参数,H 2O的连续吸收公式是美国LOW TRAN 26计算程序的水汽连续吸收经验公式.透过率的计算结果与LOW TRAN计算结果相一致.以这种透过率简化模型为基础,
建立了辐射传递正演计算模型,开发了相应软件,并用于卫星遥感射出长波辐射的资料处理中,取得了良好结果.
库仑法氧气透过率计算公式
库仑法氧气透过率计算公式在化工、环保、生物医药等领域中，氧气透过率是一个重要的物理参数，它可以用来评估材料的透气性能，对于材料的性能和应用具有重要的指导意义。
库仑法是一种常用的测定氧气透过率的方法，通过测定氧气在一定条件下通过材料的速率来计算透过率。
下面我们将介绍库仑法氧气透过率的计算公式及其应用。
库仑法氧气透过率计算公式的基本原理是根据费克定律，即气体通过多孔介质的速率与介质的孔隙率成正比。
在库仑法中，氧气透过率计算公式为：O2TR = (V / A) × (P1 P2) / t。
其中，O2TR代表氧气透过率，单位为cm^3/(m^2·d)；V为氧气体积，单位为cm^3；A为透氧面积，单位为m^2；P1和P2分别为氧气的初始压力和终止压力，单位为Pa；t为透氧的时间，单位为d。
通过这个公式，我们可以计算出材料在一定条件下的氧气透过率。
这个公式的推导过程比较复杂，涉及到气体动力学和传质方面的知识，但是在实际应用中，我们只需要根据实验数据进行计算即可。
氧气透过率的测定对于材料的选择和设计具有重要的意义。
例如，在食品包装材料的选择中，透氧性能是一个重要的考量因素。
如果包装材料的透氧性能不好，就会导致包装内部的食品无法得到足够的氧气，影响食品的新鲜度和保质期。
因此，通过测定氧气透过率，可以选择合适的包装材料，保证食品的质量和安全。
此外，在医疗器械和药品包装材料的选择中，透氧性能也是一个重要的考量因素。
一些药品需要在包装内部得到足够的氧气来保持其稳定性和有效性，因此需要选择透氧性能好的材料来包装。
通过测定氧气透过率，可以评估材料的透氧性能，选择合适的包装材料，保证药品的质量和安全。
在环境保护领域，氧气透过率的测定也具有重要的意义。
例如，在土壤通气性的评估中，可以通过测定土壤的氧气透过率来评估土壤的通气性能。
通气性能好的土壤可以促进土壤中微生物的活动，有利于植物的生长，因此可以通过测定氧气透过率来评估土壤的肥力和适宜的种植作物。
气体透过率、透过量以及透过系数应用指南
气体透过率、透过量以及透过系数应用指南摘要: 本文详细介绍了三项透气性参数（气体透过率、透过量以及透过系数）的定义、应用范围以及相互之间的差异和换算关系，同时对于目前国际、国内标准中定义不清晰的情况给予说明。
关键词：透气性，透过率，透过量，透过系数目前，国内、国际标准在一些透气性参数的定义上存在细微差异，致使参数概念及应用较为混乱。
这不但会影响数据传递，同时还能引起对材料评价的失误。
本文着重分析透气性参数气体透过率、气体透过量以及气体透过系数的定义，对它们之间的关系进行介绍，并指出实际应用中应当注意的问题。
1.透气性参数的标准定义由于在等压法中存在载气（氮气）的逆向渗透，使得它与传统压差法存在着本质上的不同，是两类不同的测试方法。
测试方法的差异会对其应用范围以及参数定义带来影响（例如等压法基本上只用于进行氧气检测，而压差法对于测试气体几乎没有限制），因此这里按照测试方法的种类分别对透气性参数的定义进行介绍。
1.1 压差法1.1.1 ASTM D1434-82ASTM D1434-82中，用于描述材料透气性能的参数有以下三个：1. Gas Transmission Rate (GTR): The quantity of a given gas passing through a unit of the parallel surfaces of a plastic film in unit time under the conditions of test. The SI unit of GTR is 1 mol / (m2·s).译文：气体透过率（GTR）：在试验环境下，在单位时间内、单位面积上透过塑料薄膜两平行平面的特定气体总量。
GTR的SI单位为mol / (m2·s)。
2. Permeance (P): The ratio of the gas transmission rate to the difference in partial pressure of the gas on the two sides of the film. The SI unit of permeance is 1 mol / (m2·s·Pa).译文：（气体）透过量（P）：气体透过率与薄膜两侧的测试气体分压差的比值。
氧气透过率测定仪校准规范
氧气透过率测定仪校准规范1 范围本规范适用于塑料薄膜、薄片、复合材料、铝箔、输液袋、输液瓶、玻璃纸、塑料涂覆织物等包装材料及容器的氧气透过量阻隔性测试的氧气透过率测定仪（以下简称仪器）的校准。
2 引用文件本规范引用了下列文件：JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示JJF 1071-2010 国家计量校准规范编写规则GB/T 19789 包装材料塑料薄膜和薄片氧气透过性试验库仑计检测法GB/T 2918 塑料试样状态调节和试验的标准环境凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3 术语和计量单位3.1 稳态当试样吸收的气体数量与透过试样的氧气数量达到平衡时的状态。
3.2 氧气透过率在试验条件下，在单位时间内透过单位面积试样的氧气数量。
国际单位是mol/(m2•s)。
3.3 氧气透过量氧气透过率与试样两侧氧气分压之差的比值。
国际单位是mol/（m2•s•Pa）。
常用的氧气透过量单位是cm3/（m2•24h•0.1MPa）。
3.4 氧气透过常数氧气透过量与试样厚度之积，国际单位为mol/（m•s•Pa）。
常用的氧气透过常数单位是cm3/(m2•24h）。
氧气透过常数是材料的一种特性，仅对均质材料才有意义。
4 概述仪器依据库仑电量法原理等压法测试，测试腔分上下两部分，薄膜固定在中间，高纯氧气在薄膜的上腔流动，高纯氮气在薄膜的下腔流动，氧分子透过薄膜扩散到另一侧的氮气中，被流动的氮气携带至传感器，通过对传感器测量到的氧气浓度进行分析，从而计算出氧气透过率结果来表示。
5 计量特性5.1 温度设定值误差仪器腔体内温度设定值误差应不大于±1℃。
5.2 温度稳定性仪器腔体内温度稳定性应不大于1.5％。
5.3 氧气透过率示值误差氧气透过率示值误差应不大于±15cm3/(m2•24h)。
5.4 氧气透过率重复性氧气透过率的重复性应在3％以内。
各种大气计算模式
大气稳定度分级常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔(Pasquill)法和国标原子能机构IAEA 推荐的方法。
这里介绍的是中国现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法（简记P ·S ），分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级。
它们分别表示为A 、B 、C 、D 、E 、F 。
确定等级时首先计算出太阳高度角按表B1查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按表B2查找稳定等级。
注：云量（全天空十分制）观测规则与现国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
注：地面风速（m/s ）系指距地面10m 高度处10min 平均风速，如使用气象台（站）资料，其观测规则与国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
太阳高度角h o 使用下式计算：()[]30015cos cos cos sin sin arcsin -++=λσψσψt h o .....................(B1)式中： h o ----太阳高度角，deg ； ψ----当地纬度，deg.； λ----当地经度；deg ；t----进行观测时的北京时间；σ----太阳倾角，deg ，可按下式计算：πθθθθθθσ/180]3sin 001480.03cos 002697.02sin 000907.02cos 006758.0sin 070257.0cos 39912.0006918.0[o o o oo o +-+-+-=式中： θo ----360d n /365，deg ；d n ---- 一年中日期序数，0、1、2、······364。
1.1.1.1 地形对烟羽的影响此前的扩散模式都假设地面是完全平整的（烟囱底部是一个无限大的水平面，其高程为0），因此在扩散过程中烟羽的中心线可保持水平不变。
但如果在预测点（x,y,z ）处，地面有一定的高程h T (0<h T >z)，则在对（x,y,z ）式应用以上模式时，应对有效烟羽高度进行一些修正。
大气扩散烟团轨迹模型简介
附件二：大气环境容量测算模型简介说明：本部分内容是“重点城市大气环境容量核定工作方案”中提到的各推荐模型的简介，主要目的是为了使各城市了解各模型的功能和基本原理，同时，了解如选用该模型，都需要准备哪些输入数据，以便各城市根据本市的实际情况，提前准备。
第一部分大气扩散烟团轨迹模型1 大气扩散烟团轨迹模型简介该模型由国家环境保护总局环境规划院开发。
烟团扩散模型的特点是能够对污染源排放出的“烟团”在随时间、空间变化的非均匀性流场中的运动进行模拟，同时保持了高斯模型结构简单、易于计算的特点，模型包括以下几个主要部分。
1.1 三维风场的计算首先利用风场调整模型，得到各预测时刻的风场，由于烟团模型中释放烟团的时间步长比观测间隔要小得多，为了给出每个时间步长的三维风场，我们采用线性插值的方法，利用前后两次的观测风场内插出其间隔时间内各个时间步长上的三维风场，内插公式如下：[] ()tttn n itVtVtVVi∆-=⋅-+=1212 1)( )( )(式中： V(t 1)、V(t 2)—分别为第1和第2个观测时刻的风场值；t ∆—烟团释放时间步长；n —为t 1、t 2间隔内的时间步长数目；V i —表示t 1、t 2间隔内第i 个时间步长上的风场值。
1.2 烟团轨迹的计算位于源点的某污染源，在t 0时刻释放出第1个烟团，此烟团按t 0时刻源点处的风向风速运行，经一个时间步长t ∆后在t 1时刻到达P 11，经过的距离为D 11，从t 1开始，第一个烟团按P 11处t 1时刻的风向风速走一个时间步长，在t 2时刻到达P 12，其间经过距离D 12，与此同时，在t 1时刻从源点释放出第2个烟团，按源点处t 1时刻的风向风速运行，在t 2时刻到达P 22，其经过的距离为D 22，以此类推，从t 0时刻经过j 个t ∆，到t j 时刻共释放出了j 个烟团，这时，这j 个烟团的中心分别位于Pij ，i=1，2，…j ，设源的坐标为（Xs ，Ys ，Zs(t)），Zs(t)为t 时刻烟团的有效抬升高度，Pij 的坐标为（Xij ，Yij ，Zij ），u 、v 分别为风速在X 、Y 方向的分量，则有如下计算公式：t 1时刻：211211111001100110011)()()](,,,[)](,,,[)](,,,[s s s s s s s s s s s s s s Y Y X X D D t t Z Y X t W Z Z t t Z Y X t V Y Y t t Z Y X t U X X -+-==∆⋅+=∆⋅+=∆⋅+=t 2时刻：2222222222112211221122211122111211121121111111111121111111111211111111112)()()](,,,[)](,,,[)](,,,[)()(],,,[],,,[],,,[s s s s s s s s s s s s s s Y Y X X D D tt Z Y X t W Z Z t t Z Y X t V Y Y t t Z Y X t U X X Y Y X X D D D D tZ Y X t W Z Z t Z Y X t V Y Y tZ Y X t U X X -+-==∆⋅+=∆⋅+=∆⋅+=-+-+=+=∆⋅+=∆⋅+=∆⋅+=以此类推，到tj 时刻，共释放出j 个烟团，这些烟团最后的中心位置分别在Pij ，Xij ，Yij ，Zij ，i=1，2，… j ，对于第i 个烟团有：2)1(2)1(11)1()1()1(1)1()1()1()1(1)1()1()1()1(1)1()()(],,,[],,,[],,,[---=----------------+-+==∆⋅+=∆⋅+=∆⋅+=∑j i ij j i ij j i jk ik ji j i j i j i j j i ij j i j i j i j j i ij j i j i j i j j i ij Y Y X X D D D t Z Y X t W Z Z t Z Y X t V Y Y t Z Y X t U X Xj i D 为i 个烟团从源点释放后到tj 时刻所经过的距离。
标准大气透过率数据
标准大气透过率数据一、引言大气透过率是指光线或其他电磁波在大气中的穿透能力。
在气象学、气候变化研究、大气污染监测等领域，标准大气透过率数据具有重要的应用价值。
这些数据对于评估大气质量、预测天气模式、研究地球气候变化等具有重要意义。
本文将对标准大气透过率数据进行概述，介绍其获取方法、分析与应用，并对未来研究方向进行展望。
二、标准大气透过率数据概述标准大气透过率数据是指在标准大气条件下，不同波长电磁波在大气中的透过率。
这些数据受到多种因素的影响，包括大气成分（如水汽、氧气、二氧化碳等）、温度、压力、海拔高度等。
在不同的气象和气候条件下，大气透过率会有所不同。
因此，获取标准大气透过率数据是十分重要的。
三、标准大气透过率数据的获取方法1.遥感观测：利用卫星遥感技术可以获取全球范围内的大气透过率数据。
通过分析卫星遥感数据，可以反演出不同波段的大气透过率。
这种方法具有覆盖范围广、连续性强等优点，但精度受限于卫星观测的分辨率和大气模型的复杂性。
2.地面观测：在地面设置观测站点，利用光谱仪、辐射计等设备直接测量大气透过率。
地面观测具有精度高、针对性强等优点，但受限于观测站点分布和观测条件的稳定性。
3.模型模拟：利用大气辐射传输模型模拟大气透过率。
这种方法可以模拟不同气象和气候条件下的透过率，但需要较准确的输入参数和较高的计算资源。
四、标准大气透过率数据的分析与应用1.气象预报与气候变化研究：标准大气透过率数据可以帮助预报员更准确地预测天气模式和气候变化趋势。
通过对历史数据的分析，可以研究地球气候变化的规律和影响因素。
2.大气污染监测与防治：通过分析大气透过率数据，可以评估大气的清洁度和污染程度。
这有助于制定针对性的污染防治措施，保护环境和人类健康。
3.环境监测与生态保护：标准大气透过率数据可以用于监测环境质量，评估生态系统的健康状况。
这有助于发现环境问题，及时采取保护措施。
4.光学与遥感应用：在光学和遥感领域，标准大气透过率数据对于仪器校准、遥感图像解译等方面具有重要意义。
大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)
在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1）采用大气的光学参数2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型－3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。
lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。
1）多次散射处理lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。
再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。
2）透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法3）光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页4.modtran辐射传输模型modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。
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A Fast Calculation Model for Average Transmission of Oxygen A
Absorption Band in Homogeneous Atmosphere
LIU Bingqi1，YU Hao1，YAN Zongqun2，ZHANG Yu3，CHEN Yichao1，ZHANG Shuai1
摘要：利用逐线积分方法，建立了一种均匀大气中氧气 A 吸收带平均透过率快速计算模型。模型采用
等波数间隔取样，能根据大气温度和压强自动选择谱线线形，并利用直和模型进行快速近似计算 Voigt
线形函数。在不同大气模式下设置不同传输路径，利用该模型计算氧气 A 带平均透过率与路径长度关
系曲线，并将计算结果与 Modtran 软件计算结果进行对比。从对比结果可知，不同路径下模型计算的
第 40 卷 第 11 期 2018 年 11 月
红外技术 Infrared Technology
Vol.40 No.11 Nov. 2018
均匀大气中氧气 A 带平均透过率快速计算模型
刘秉琦 1，余 皓 1，闫宗群 2，张 瑜 3，陈一超 1，张 帅 1
（1. 陆军工程大学 石家庄校区 电子与光学工程系，河北 石家庄 050003； 2. 装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072； 3. 北京系统工程研究所，北京 100101）
Abstract：A fast calculation model for the average transmission of the oxygen A absorption band in a homogeneous atmosphere is established using the line-by-line integration method. In this model, the sampling interval is set constant, the spectral line profile can be selected automatically according to the pressure and the temperature, and an analytical sum formula is used to approximate the Voigt profile, which improves the efficiency of the calculation significantly. To test the accuracy and adaptability of this proposed model, several different transmission paths are set in three different atmospheric modes, and the proposed model is used to calculate the relationship between the average transmission of the oxygen A absorption band and the path length. The results are compared with the calculations of modtran, which showed that the maximum relative error of the average transmission is less than 2%, and the calculation time is less than 1 s. These calculation results showed that this proposed model can quickly and accurately calculate the average transmission of the oxygen A absorption band in a homogeneous atmosphere. Key words：gas spectra，line-by-line，the oxygen A absorption band，average transmission
0 引言
基于氧气吸收被动测距技术由于隐身无源、军事 应用价值高等优点受到越来越多关注[1-5]。利用该技术 获取目标距离信息时，需首先测量出辐射传输路径的 氧气 A 带平均透过率，而后将平均透过率代入到透过
性具有重要意义[6-7]。
逐线积分法是一种以 HITRAN 分子光谱数据库 为基础[8-9]，逐条计入分子谱线吸收贡献的精确透过率
计算方法，具有光谱分辨率高，计算结果准确等优点， 广泛应用于大气遥感[10]、激光辐射传输[11]以及痕量气 体检测[12]等领域。通常由于气体分子谱线数量很大，
(1. Department of Electronics and Optics Engineering, Army Engineering University Shijiazhuang Campus, Shijiazhuang 050003, China; 2. Department of Control Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 3. Beijing Insg, Beijing 100101, China)
平均氧气透过率最大相对误差均小于 2%，计算时间均小于 1 s，具有较高的准确度和计算实时性。计
算结果表明该模型能够在均匀大气中对氧气 A 带平均透过率进行快速准确计算。
关键词：气体光谱；逐线积分；氧气 A 吸收带；平均透过率
中图分类号：O433.5
文献标示码：A
文章编号：1001-8891(2018)11-1056-05