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LESS：面向异构三维场景的大规模遥感数据与图像仿真框架
摘要： 三维（3D）辐射传输建模在模拟辐射通过地球表面的传输与相互作用时具有挑战性，这既源于地形的复杂性，也受限于三维辐射传输模拟的高计算成本。为缩短计算时间，现有模型通常采用示意性景观或小尺度真实场景。计算机图形学领域虽提供了最精确高效的模型（即渲染器），但这些工具并非专为科学辐射传输模拟设计。本研究提出LESS这一新型三维辐射传输建?？蚣埽翰捎眉尤ㄇ跋蚬庾幼纷俜Ｄ舛喙馄姿蚍瓷湟蜃樱˙RF）或通量相关数据（如下行辐射），运用后向路径追踪法生成传感器图像（如鱼眼图像）或大尺度（如1平方公里）光谱图像；该后向路径追踪技术还通过实时计算受光/阴影场景组分扩展至热红外辐射模拟。该框架通过开发用户友好型图形界面（GUI）及景观构建参数设置工具集实现。通过与其他模型及实地测量数据在方向性BRF和像素级模拟图像对比中的精度验证，LESS展现出高度一致性。该框架具备模拟真实重建景观数据集的潜力，此类模拟数据集可作为遥感、林业调查及摄影测量等多领域应用的基准参照。
关键词： 景观建模，图像模拟，辐射传输
更新于2025-09-23 15:23:52
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浮游植物形态与垂直分布对激光雷达衰减后向散射及退偏振比影响的研究
摘要： 通过专为激光雷达遥感应用优化的矢量化蒙特卡罗辐射传输求解器，研究了激光束在由多层大气、上层海洋及粗糙海面构成的耦合大气-海洋模型中的传播过程。分析了浮游植物形态假设变化及其垂直分布对激光雷达衰减后向散射和退偏振比的影响。本研究将浮游植物颗粒假定为球体、带核球体或随机畸变六面体（含/不含核），并采用先进的光散射计算方法求解非球形/非均匀颗粒的单次散射特性。通过光合有效辐射限制的碳生物量平衡方程显式推导浮游植物的垂直分布，该方程随后与蒙特卡罗求解器耦合。
关键词： 辐射传输、激光雷达、海洋光学、蒙特卡罗方法、浮游植物、净初级生产力、遥感
更新于2025-09-23 15:23:52
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利用ALMA亚毫米波观测绘制金星中间层的热结构及微量成分图谱
摘要： 背景：水蒸气和硫化合物是金星中高层大气光化学过程中的关键组分。这些物质与中层大气温度共同表现出剧烈的时间变化（包括短周期的昼夜及日际变化和长周期变化），其机制远未被充分理解。 目标：我们利用阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）观测亚毫米波段的CO、SO、HDO和SO2跃迁，研究这些物质的空间与时间变化特征。 方法：2011年11月首次ALMA早期科学观测周期0期间，分四组在不同日期获取观测数据。当时金星角直径约11角秒，光照因子92%，因此主要测绘了行星昼半球?；诒瓿艭O丰度剖面，我们反演出整个盘面随纬度和地方时变化的垂直温度剖面，继而用于推导SO、SO2和H2O的分布。采用D/H丰度为地球值200倍的假设，将HDO作为水的示踪剂。 结果：获得了70-105公里高度范围内中层大气的三维温度分布图。SO、SO2和H2O在约85公里以下丰度可忽略，随后在中层大气上部随高度增加。盘面平均SO丰度在11月26日达到最大混合比15.0±3.1 ppb，次日降至最小值9.9±1.2 ppb。由于信噪比极低，SO2仅能从首日盘面平均光谱反演得出16.5±4.6 ppb的丰度，测得SO2/SO比值为1.5±0.4。全球SO分布图显示其丰度存在显著的纬度、地方时及日际变化（范围<1至15 ppb）。H2O盘面平均值显示从11月14日至27日持续下降，丰度从首日的3.6±0.6 ppm降至末日的2.9±0.7 ppm。H2O分布图揭示黄昏侧丰度略高于晨侧，且观测首日至次日出现显著耗竭。
关键词： 行星与卫星：个体：金星，方法：数据分析，行星与卫星：大气层，亚毫米波：行星系统，仪器：干涉仪，辐射传输
更新于2025-09-23 15:23:52
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[IEEE IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 瓦伦西亚（2018.7.22-2018.7.27）] IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 处理用于目标检测与大气补偿算法评估的新型高光谱数据集：RIT2017数据集
摘要： 本文向遥感学界介绍了一个名为"RIT2017数据集"的新型高光谱挑战性数据集，可用于目标检测算法评估。该数据集包含多达800万像素背景（或子集后更少）中的90个目标。由于该数据集在阳光直射区与全阴影区均设有相同的大型面板组，同样适用于大气补偿研究。本文简要介绍了数据采集活动、目标物体，并论证了成像光谱仪数据的辐射保真度——结果显示效果极佳。最后采用场景内技术进行大气补偿，结果也相当良好。
关键词： 大气补偿、基于物理的建模、高光谱成像、目标检测、辐射传输
更新于2025-09-23 15:23:52
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非指数介质的辐射传输框架
摘要： 我们针对具有非指数自由程分布的介质建立了一套新的体光传输理论。基于大气科学与中子输运领域的最新研究成果，这类分布产生于存在关联散射体的情况——而云凝结和分形图案形成等自然过程恰好会产生此类散射体。我们的理论将非指数路径积分表述为随机经典介质平均化的结果，并引入实用模型来高效解决由此产生的平均化问题。该理论导出了广义路径积分，使我们能运用全套蒙特卡洛渲染算法处理非指数介质，同时拓展了可实现的外观表现范围。通过借鉴随机过程研究，我们提出了控制统计关联性的参数化模型，并开发出将未解析关联性（及由此产生的非指数自由程行为）与显式建模的宏观非均匀性相结合的方法。这种强大的创作方式让艺术家能够独立设计衰减曲线形状与宏观非均匀密度，而我们的理论则通过路径空间积分提供了物理自洽的解释。我们还解决了图形学中的重要考量因素，包括互易性和双向渲染算法——所有这些都在存在表面与关联介质的情况下实现。
关键词： 非指数传输、全局光照、参与介质、体渲染、辐射传输
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于MAX-DOAS观测的云检测与分类
摘要： 多轴差分光学吸收光谱法（MAX-DOAS）对气溶胶和痕量气体的观测会受到云层的显著影响。因此，识别云层并表征其特性至关重要。本研究探讨了云层对多项MAX-DOAS衍生参数的影响，包括辐射亮度、色指数（两个选定波长处的辐射亮度比值）、氧二聚体O4的吸收以及非弹性散射光比例（环效应）。通过将这些参数与晴空参考值对比，或分析其随时间/观测方向的变化规律，即可实现云层识别。基于时序变化分析，甚至能针对单次测量识别云层影响。我们据此开发了一套可灵活应用于MAX-DOAS或天顶DOAS观测的云分类方案：基础版本仅通过天顶色指数观测判断云层（或高气溶胶负荷）存在；进阶版本则综合考量其他参数与观测角度，从而实现薄云/厚云、雾等子类细分。将该方案应用于2009年夏季荷兰卡本沃（Cabauw）二氧化氮仪器比对实验（CINDI）的MAX-DOAS观测数据，发现其与地面天空图像及激光雷达后向散射剖面高度吻合。
关键词： 云检测、CINDI活动、辐射传输、云分类、MAX-DOAS
更新于2025-09-23 15:22:29
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用于计算气候模型中光解速率和太阳加热的辐射传输?？椋篠olar-J v7.5
摘要： Solar-J是一个针对太阳光谱的综合辐射传输模型，可同时满足地球系统模型中太阳加热与光化学的需求。该模型是Cloud-J的光谱扩展版本——Cloud-J作为计算0.18-0.8微米区域光解速率的标准工具被广泛应用于多种化学模型。其核心采用八流散射、平面平行辐射传输求解器并包含球面校正功能，通过云层积分法精确处理相关云层的平均效应。该模型运用展开至八阶的气溶胶与云层散射相函数，从而避免了多数太阳加热代码中普遍存在的各向同性等效近似。0.8-12微米的光谱扩展使其能计算散射与吸收的阳光，进而获取整个地球大气中的气溶胶直接辐射效应与加热率。Solar-J扩展部分采用了来自快速辐射传输模型（RRTMG-SW）的相关k气体吸收带（主要为水蒸气），该模型专为通用环流模式（GCM）短波应用设计。在晴空无气溶胶的热带大气中，Solar-J与RRTMG-SW对流层加热剖面的匹配度良好。我们对比了两种代码在含液态水层云和冰晶卷云的云层大气中的表现：对于层云，两者采用相同物理参数时发现RRTMG-SW的双流散射会导致所有太阳天顶角下行星反照率存在约3%的系统偏低偏差；而使用RRTMG-SW三种不同参数化方案处理卷云时，偏差高达20-40%且随太阳天顶角变化遍布整个大气层。实质上，Solar-J整合了RRTMG-SW与Cloud-J的优势组件，构建出高保真度的地球大气阳光散射吸收?？椤洳ǔせ?、散射处理及云场平均这三个主要组件的误差均保持在较低水平。虽然Solar-J的精确解需要更高计算成本（单大气模拟约为RRTMG-SW的5倍），但通过降低精度要求或计算加速选项可在保持改进保真度与平衡误差的同时控制成本。
关键词： 太阳能加热、云层、Cloud-J、气候模型、辐射传输、光解速率、散射、气溶胶、RRTMG-SW、Solar-J
更新于2025-09-23 15:22:29
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[IEEE IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 西班牙瓦伦西亚（2018.7.22-2018.7.27）] IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 开发适用于教育和研究的Prosail沙盒环境
摘要： 我们推出交互式植被反射率模型可视化工具（IVVRM），作为PROSAIL系列辐射传输模型的沙盒环境。每次通过图形用户界面（GUI）进行操作都会触发基于更新参数集的新模型运行，结果即时呈现在屏幕上。这种准同步响应特性既便于通过手动曲线拟合实现PROSAIL模型的教学实训与生物物理变量光谱反演，也证明专家知识能提升参数反演质量并揭示野外数据与模型中的不确定性来源。该工具免费提供，可通过EnMAP-Box 3.0应用程序获取。
关键词： 反射率建模、模型环境、PROSAIL、辐射传输、EnMAP-Box
更新于2025-09-23 15:21:21
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平面渐变折射率介质中辐射传输扩散近似的适应性分析
摘要： 为研究扩散近似法的适用性，分析了被测介质的光学厚度、散射反照率和壁面发射率对扩散近似精度的影响。通过与蒙特卡罗法计算结果对比确定精度，并通过计算不同参数组合下介质底部的无量纲辐射热流分布来分析各光学参数的影响。此外还检验了扩散近似法对梯度折射率介质的适用性。结果表明：在均匀折射率介质和梯度折射率介质中，增大光学厚度或散射反照率、减小壁面发射率均可提高扩散近似法的精度。最大相对误差主要分布在介质边界和中心区域。当光学厚度增大或壁面发射率减小时，扩散近似法的误差趋于稳定并保持较小值。
关键词： 数值分析、相对误差、扩散近似、梯度折射率、辐射传输
更新于2025-09-23 15:21:21
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泰坦星的暮光与日落太阳光照
摘要： 我们采用蒙特卡洛辐射传输模型SRTC++（该研究受"蜻蜓号"泰坦着陆器提案启发）计算了泰坦表面的光照条件。研究发现日落后黄昏时段存在显著地表光照，且1.0微米波长附近的暮光辐射通量达到峰值。在泰坦昼夜分界线外延30°范围内，可见红光波段（约0.65微米）的暮光照明强度超过地球满月时的光照水平。对于采用长积分时间的固定式地表着陆器而言，夜间成像效果应相当理想，但对漂浮于泰坦海洋上的平台效果较差。泰坦的日落现象在可见光波段会显得平淡无奇——太阳仍远高于地平线时就开始逐渐暗淡，且随着太阳沉入地平线下方，整体光照强度缓慢减弱。着陆器下方的阴影区域会接收到来自泰坦地平线附近低空漫射散射光的照明。由于多次散射的强度效应，当太阳位于天空最高点时，近地平线区域的总照度达到最大值。
关键词： 辐射传输，行星与卫星：个体（土卫六）
更新于2025-09-23 15:21:01