[发明专利]一种基于月基平台的地球向外辐射能量计算方法

说明书

本发明公开了一种基于月基平台的地球向外辐射能量计算方法，利用DE430星历文件、地球指向参数和日地月之间的几何模型，首先计算了月球表面和整个地球大气层顶的可见性，然后利用热辐射传输定律和能量守恒定律建立了月基平台对地球向外辐射能量的计算方法，其中辐射能量由地球本身发出的长波辐射能量和地球反射太阳短波辐射能量两部分组成。本发明从辐射传输定律和能量守恒定律出发可以计算得到在任意时刻任意月表对地可见位置处单位对地可见面积接受到的地球向外辐射能量，其计算能量值可为基于月基平台对地球向外辐射能量探测器的系统参数设计提供技术支持，同时为月表温度的精确计算、月表探测器的放置位置以及其热控设计都将提供依据。

技术领域

本发明属于月基探测平台对地球向外辐射能量观测技术领域，具体涉及一种基于月基平台的地球向外辐射能量计算方法。

背景技术

近几十年来，全球气候变化已经成为当下极为紧迫的社会和科学问题，而全球气候变化的主要因素是地球气候系统的能量收支平衡，以大气层顶作为研究参考面则地球气候系统的动态变化是由进入的太阳辐射和向外发出的地球辐射这两部分能量驱动。地球向外发出的辐射能量有两种形式：反射太阳短波(SW)辐射和地球本身向外的长波红外(LW)辐射，而对于这两个量的精确测量在很大程度上依赖于空间测量技术的发展。目前地球气候系统向外辐射能量的探测主要是通过星基、地基等手段来实现的，比如美国国家航空航天局(NASA)和欧洲气象卫星开发组织(EUMETSAT)分别发射的Terra、Aqua和Meteosat卫星等。星基平台所搭载的传感器存在的观测范围较小、持续周期较短，复现性较差的缺陷，而地基探测器存在分布均匀性差、观察网络站点有限等缺陷。月球是距离地球最近的自然天体，也是人类目前唯一能够到达且已经到达的地外星体，它具有观测长期一致性、整体性和稳定性的优势，同时月球与地球距离三十余万公里，小型望远镜就可以获得地球整个圆盘面的观测，而且月球广阔的空间可以布设多种传感器，便于实现多种探测器对地球的协同观察。此外，月球不存在大气层并且月震的强度远远弱于地球，再加上月表相对稳定的辐射环境，这为月表探测器的精确定标提供了可能。当然，月表探测器也将面临许多的挑战，巨大的昼夜温差、来自外太空的高能粒子、悬浮的月尘以及高度真空的空间环境等。

将月球表面作为一个新的对地观测平台，可以实现将地球作为一个整体进行综合观测，提高大尺度对地观测能力。基于月基平台的对地球向外辐射能量的月基探测器可以充分发挥月基平台的优势，实现对地球能量平衡进行更长时间更全面的连续观测。本发明的主要目的是提出一种计算月表单位对地可见面积接受到地球向外长波与短波的能量大小的方法，可以实现在任意时刻对月表任意处接受地球向外辐射能量的计算，该计算能量值即可为基于月基平台对地球向外辐射能量探测器(比如腔式辐射计、成像光谱仪)的系统参数设计提供数据参考和技术支持，同时也将为月球表层温度的精确计算和分析、月球热演化中地球的作用与影响、月表探测器的放置位置以及其热控设计等提供所需要的数据。

发明内容

本发明提供了一种基于月基平台的地球向外辐射能量计算方法，利用此方法可以计算得到在任意时刻任意月表对地可见位置处单位对地可见面积接受到的地球向外辐射能量。

为达到上述目的，本发明所述一种基于月基平台的地球向外辐射能量计算方法，1.一种基于月基平台的地球向外辐射能量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定月表待分析点位置X和计算时刻t；

步骤2、计算地心在月球表面星下点的经纬度、月心在地球大气层顶的星下点经纬度以及地球大气层顶与月球表面内公切线夹角；

步骤3、根据步骤2得到的地心在月球表面星下点的经纬度以及地球大气层顶与月球表面内公切线夹角，建立地球与月球两者之间的观测几何模型，并根据地球与月球之间的观测几何模型得到月球表面待分析计算位置对整个地球大气层顶的可见性，进而得到月球表面对地球整个大气层顶的可见区域范围，月球表面对地球可见区域中的点可记为月表对地可见点H；