衛星反演地表與大氣溫度的簡單原理

*The figure source is from : http://gmao.gsfc.nasa.gov/index.php

: 推 OmegaWind:為什麼直接觀測溫度可能產生不穩定的數據? 05/26 18:35
: 推 OmegaWind:在談海平面時衛星被認為最可靠的 不知為何溫度就不成? 05/26 18:37

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我從颱風板路過，就我所知道的，回答推文中的問題。

因為涉及到不同的衛星資料演算過程。

一般衛星反演地表溫度主要依據Stefan-Boltzmann Law 加上地表的emissivity推導，不同的地表介質有其獨特的emissivity，海平面的海水介質均勻，所以現行 NOAA 作業上反演海溫(SST)的演算法，是將海平面的emissivity視為 1.0。尤其在晴朗無雲的狀態之下，SST的反演準確率相當高。相對而言，而不同陸地溫度(LST)，牽涉到不同的地表，如湖泊，都市，冰原，山川等，不同的地物，emissivity預估的準確性變動就比較大。


然而在大氣中的溫度演算就不是這麼簡單，當陽光穿透大氣的過程中，撇開雜亂無章的輻射散射與繞射現象，每一層的大氣分子不僅僅單純地吸收太陽輻射與放射自身的能量，還要接受來自上下層大氣分子放出來的能量。所以反演大氣某層溫度，主要是透過輻射傳導方程(radiative transfer equation)來進行。


簡單的輻射傳導公式分為兩個部份:

(1)大氣底層地表的放射能量

以及

(2)大氣各層分子的吸收與放射


地表的部份剛剛提過了，主要是emissivity的問題，從地表到大氣層頂 (Top of Atmosphere, TOA)比較穩定，也較為單純。大氣各層分子的部份，牽涉到重力的關係，越近地層大氣分子密度越大，吸收能量越多，放射也就越多，這個部份卻得由地表積分到TOA，而隨著高度而遞減的濃度的weighting function卻是個非線性函數，因而求解困難，加上越近底層，不可測的水氣影響越大，都是種種造成大氣垂直溫度反演不易的原因。

目前所知晴空與單層高層雲的情況下，垂直溫度反演已有顯著的成果，對於中低層與多層雲的干擾狀態下，大氣溫度的反演還得繼續努力。

按: 原文回應 OmegaWind 之推文，於"[新聞] 新研究驗證氣候變遷預測 全球暖化確有其事"一文，IA板@ptt，于 Tue May 27 10:10:10 2008