2018年南京信息工程大學3006大氣輻射學考博大綱博士研究生入學考試大綱

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南京信息工程大學博士研究生招生入學考試
《大氣輻射學》考試大綱
考試科目代碼：3006
考試科目名稱：大氣輻射學
第一部分課程目標與基本要求
一、課程設置性質與設置目的
大氣輻射學是大氣探測遙感專業的一門專業基礎理論課, 設置本課程的目的是為
從事大氣遙感科學與技術研究基礎理論知識，通過對大氣輻射學的學習，為大氣探測和
遙感技術研究工作提供理論依據和新方法的研究。
二、基本要求
掌握大氣輻射的基本物理量, 輻射基本定理，光譜線理論，大氣分子和粒子的吸收
理論的理論及計算方法；分子散射和大氣中球形粒子、非球形粒子散射理論，大氣中分
子和粒子、云中水滴和冰晶的衰減系數的計算方法、地表的輻射特性，大氣輻射傳輸方
程的各種表示形式，地表面輻射過程和云中的輻射傳輸特征。紅外輻射求解方法、大氣
多次散射輻射傳輸方程的二流近似、迭代法近似求解和離散縱標法、累加法和不變性原
理等精確求解的處理方法。大氣中紅外輻射冷卻率和太陽輻射對大氣加熱率的計算方法。
在學習大氣輻射基礎上理解其在遙感探測中的應用。
第二部分課程內容與考核目標
第一章引言
1、了解地球大氣系統輻射平衡
2、了解全球大氣能量收支
3、了解輻射平衡、大氣環流和大氣的溫度結構
4、了解輻射和大氣遙感探測間關系
第二章大氣輻射概念、定義、和單位
1、理解基本輻射量的含意
2、掌握基本輻射定理
3、掌握輻射的吸收、散射和反射(理解衰減系數、吸收系數和散射系數、發射系數、光
學厚度源函數、分子散射和粒子散射、反射函數和透射函數、單次反照率和相函數、
不對稱因子、輻射場的矩、輻射壓力和壓力張量等的含意)
4、掌握輻射傳輸方程(理解普適輻射傳輸方程、熟悉球坐標系中時間獨立的傳輸方程、
柱坐標系中傳輸方程、多維系統中的傳輸方程)
第三章大氣紅外輻射傳輸理論、參數化
1、掌握大氣紅外輻射傳輸方程( 包括Beer-Bouguer-Lambert定理、紅外輻射傳輸方程、
平面平行大氣的紅外輻射傳輸方程、有限大氣中的紅外輻射傳輸方程、不均勻介質
中多維紅外輻射傳輸方程)
2、理解光譜線的形成和譜線參數(光譜線的形成、表征光譜線的參數、光譜線的加寬、
光譜線的強度、光譜線的吸收系數)
3、了解大氣紅外發射譜和溫室效應
4、理解大氣氣體的吸收特征和氣體(水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷、一氧化氮、含氯氟
烴)
5、理解譜帶模式(單譜線模式、規測模式、統計模式、非均質大氣中的應用、、)
6、了解非均勻大氣光譜透過率的物理調整(定標近似、兩參數近似、三參數近似、譜帶
模式中兩參數近似)
7、了解 K 分布模式(基本概念、幾率函數的求取、相關 K 分布方法、對于非均勻大氣的
應用、重迭譜線的考慮)
8、了解通量的寬帶方法和紅外冷卻率的計算(寬帶發射率、等溫寬帶發射率、寬帶通量
發射率的參數化、牛頓冷卻率近似、通量遙感測量和冷卻率)
第四章太陽輻射傳輸理論、參數化
1、理解地球能量的源頭?太陽(太陽的結構、太陽軌道和太陽常數、太陽的輻射隊輸出、
太陽天頂角的計算、太陽光譜、地球截獲的太陽輻射、大氣對太陽的吸收的計算：
水汽、臭氧、氣溶膠、混合氣體、太陽的直接輻射、散射輻射、凈輻射和總輻射的
計算)
2、掌握散射大氣中的太陽輻射傳輸基本方程(多次散射輻射傳輸方程、相函數的展開和
輻射傳輸方程的表示、與方位無關的輻射傳輸方程、輻射通量密度和太陽對大氣加
熱率的計算)
3、理解輻射傳輸近似計算(太陽的一次散射計算、輻射傳輸的迭代計算、兩流近似和統
一表述、愛丁頓近似、Delta –函數調整和相似原理、輻射傳輸參數 ? - 四流近
似)
4、理解輻射傳輸的精確求解(求積公式、雙倍高斯法、各向同性輻射傳輸的離散縱標法、
各向同性散射半無限大氣漫反射定理、各向性輻射傳輸的離散縱標法、離散縱標法
法的矩陣形式、矩陣特征值、源函數和角分布、邊界條件、不均勻多層介質的解)
6、理解輻射傳輸的雙倍法和累加法(雙倍法和嵌入法、累加方程、累加法與不變性原理、
對于不均勻介質內場的擴展、累加法與離散縱標法)
7、了解不變性原理和輻射通量傳輸(半無限大氣的不變性原理、有限大氣中的不變性原
理、X 函數和 Y 函數、)
8、了解考慮地表面后的輻射傳輸
第五章 Mie 散射理論
1、理解大氣中粒子的尺度和微物理特性
2、理解球形粒子光散射的 Mie 理論(電磁波動方程和解、散射形式解、遠場解和衰減參
數、球形粒子散射相矩陣、粒子群散射參數)
3、了解幾何光學(衍射、幾何反射和衍射、幾何光學、羅侖茲米理論)
4、了解冰晶的光散射(冰晶的幾何光學、幾何光學的吸收效應、射線跟蹤蒙特卡洛法、
改進的幾何光學法、非球形粒子的散射相矩陣、冰晶光散射的一體化理論)
5、了解非球形氣溶膠的光散射(有限差分時間方法、T 矩陣法、非球形氣溶膠光散射的
測量)
第六章云中大氣的輻射傳輸
1、理解云粒的散射和吸收特性
2、理解云的輻射特性
3、理解云輻射特性的參數化
4、了解有限云中的輻射傳輸
5、了解各向異性介質中的輻射傳輸
6、了解一維輻射對流云模式中的輻射和云的作用
7、了解一維能量平衡平衡氣候模式中輻射的作用
8、了解二維輻射對流云模式中的輻射和云的作用
9、了解全球大氣環流模式中輻射和云過程的作用
第七章極化輻射傳輸
1、理解斯托克斯參數
2、理解由斯托克斯參數 I,Q,U,V 表示的極化光
3、了解斯托克斯矢量的傳輸方程
4、了解 Milne-Eddington 矢量傳輸方程的解
5、了解極化輻射傳輸方程的解
第八章輻射傳輸理論在遙感大氣中的應用
1、理解利用入射陽光遙感氣溶膠和臭氧(氣溶膠光學厚度和粒子尺度分布的確定、臭氧
總含量的確定、臨邊衰減方法)
2、理解可見光波段的空間遙感(衛星太陽的幾何關系與理論依據、空間遙感臭氧、空間
遙感氣溶膠、空間遙感陸面、空間遙感云特性)
3、理解紅外波段的空間遙感(基本理論、表面溫度遙感、大氣溫度的遙感、大氣水汽遙
感、云特性遙感)
4、理解微波段的遙感(微波譜和傳輸方程、由微波發射光譜遙感降水、由微波發射光譜
遙感可降水、由微波發射光譜遙感溫度)
5、了解 GPS 遙感大氣中的水汽
6、了解 TRMM 遙感大氣水汽和降水
第九章輻射傳輸理論在遙感地表生態的應用
1、理解地表面輻射特性
2、了解近地面層植被中的輻射傳輸
3、了解近地面能量過程和生態過程
4、了解地表面輻射特性的遙感
5、了解地面植被的遙感
6、了解衛星遙感的地面輻射參數和生態變量
7、了解地表干旱的監測
8、了解光合有效輻射的遙感
第十章輻射與氣候
1、理解地球大氣系統中的輻射收支
2、了解輻射和對流大氣
3、了解一維氣候模式中的輻射
4、了解輻射在氣候模式中的能量平衡
5、了解全球氣候模式中的輻射
第三部分有關說明與實施要求
1、考試目標的能力層次的表述
本課程對各考核點的能力要求一般分為三個層次用相關詞語描述：
較低要求——了解；
一般要求——理解、熟悉、會；
較高要求——掌握、應用。
一般來說，對概念、原理、理論知識等，可用“了解”、“理解”、“掌握”等詞表述；
對計算方法、應用方面，可用“會”、“應用”、“掌握”等詞。
2、命題考試的若干規定
(1)本課程的命題考試是根據本大綱規定的考試內容來確定的，根據本大綱規定的各種
比例(每種比例規定可有 3 分以內的浮動幅度，來組配試卷，適當掌握試題的內容、覆
蓋面、能力層次和難易度)。
(2)各章考題所占分數大致如下：
① 大氣輻射概念、定義、和單位，約占 15%
② 大氣紅外輻射傳輸理論、參數化約占 25%
③ 太陽輻射傳輸理論、參數化約占 25%
④ Mie 散射理論約占 8%
⑤ 云中大氣的輻射傳輸約占 7%
⑥極化輻射傳輸約占 5%
⑦輻射傳輸理論在遙感大氣中的應用約占 10%
⑧輻射傳輸理論在遙感地表生態的應用約占 3%
⑨輻射與氣候約占 2%
(3)其難易度分為易、較易、較難、難四級，每份試卷中四種難易度，試題分數比例一
般為 2：3：3：2。
(4)試卷中對不同能力層次要求的試題所占的比例大致是：“了解(知識”占 15%，“理解(熟
悉、能、會)”占 40%，“掌握(應用)”占 45%。
(5)試題主要題型有填空題、單項選擇題、簡單計算題、計算題、應用題等五種題型。
(6)考試方式為閉卷筆試?？荚嚂r間為 180 分鐘，試題主要測驗考生對本學科的基礎理
論、基本知識和基本技能掌握的程度，以及運用所學理論分析、解決問題的能力。試題
要有一定的區分度，難易程度要適當。一般應使本學科、專業本科畢業的優秀考生能取
得及格以上成績。
(7)題型舉例
●名詞解釋：
行星反照率（局地反射比）
譜線半寬度
●問答題
單譜線吸收系數 )(?k 表示為線強與譜型函數的乘積，寫為
)()( 0??? ?? Sfk
試述線強和譜型函數與什么有關，譜型函數有幾種類型？
●分析計算題
試分析陽光多次散射輻射傳輸方程，求解大氣輻射傳輸方程時應考慮的主要因子。并分
別列舉幾種常用的數值求解方法。
●證明題
假如相函數表示為 00
1800
)( ????
??? ?? bfP ，其中
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0
1
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試證明
bfg ??
其中 g 是不對稱因子，并且前向和后向部分分別為 2/)1( gf ?? 和 2/)1( gb ?? 。
●應用題
試述大氣輻射在遙感中的應用。

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