随着科学技术的发展和进步,大气遥感技术日益成熟,科学研究者提出了一种具有高空间覆盖性和高垂直分辨率优点的新型大气遥感探测方式——临边观测方式。不同的大气条件、观测几何和光谱范围会造成临边大气背景表现出不同的光谱辐射特性,研究临边大气背景光谱辐射特性不仅对于大气廓线与痕量气体反演、环境遥感监测以及目标探测跟踪等领域意义重大,而且也可为临边探测器研制中的性能指标和参数设计提供重要的参考数据。近年来,具备临边观测方式的空间探测器陆续问世,建立适合于临边观测方式的大气辐射传输模型也成为了大气学科的前沿和热点问题。然而,目前国内外的临边大气辐射传输模型普遍存在计算光谱窄、计算速度慢、仅能计算临边大气散射辐射等不足。因此,为了解决上述问题,实现对临边大气辐射传输的宽光谱、快速计算目的,本文从大气辐射传输基本理论出发,开展了包括临边大气辐射传输关键参数计算模型、临边大气透过率快速计算模型以及临边大气辐射亮度快速计算模型等研究工作,最终建立了覆盖从紫外到远红外(0.2~20μm)波段的宽广范围、具备临边大气散射辐射和临边大气热辐射计算能力的快速临边大气辐射传输模型FLATRAN(Fast Limb Atmospheric TRANsmission),并基于FLATRAN模型开展了系统全面的临边大气辐射敏感性分析。本文主要的研究工作和创新如下:(1)提出了分层追迹迭代(Layered Tracing Iterative)算法基于分层球面大气模型,提出了LTI算法计算临边物质吸收量;LTI算法的优点是考虑了地球曲率和大气偏折效应的影响,在计算时对各层大气进行了细分层,对临边物质吸收量的计算结果更加准确,并且在计算临边物质吸收量的过程中得到了各层大气边界处的观察天顶角;(2)提出了大地坐标系中的临边角度参数算法目前未见有对大地坐标系中的临边大气辐射传输建模研究的相关报道,依据切点和观察点的经度、纬度和高度、日期和UTC时间,提出了大地坐标系中的临边角度参数算法,使得FLATRAN模型既能够进行常规几何中的临边大气辐射传输计算,也能够实现大地坐标系中的临边大气辐射传输计算;(3)提出了临边大气透过率快速算法目前的临边大气辐射传输模型都使用了非常耗时的逐线积分(Line-by-Line)算法计算临边大气透过率,为此,本文利用最新的HITRAN2008分子光谱数据库计算建立了0.2~20μm波段的大气分子带模式(Band Model)数据库,基于BM算法提出了临边大气透过率快速算法,与LBL算法的计算结果的相对差异小于1.99%,并且计算速度快约6倍;(4)提出了半球辐射累加(Hemisphere Radiation Adding)算法目前的临边大气辐射传输模型不仅计算速度慢,而且仅能计算临边大气散射辐射,为此,本文基于分层球面大气模型、临边大气辐射亮度构成分析和临边观测的几何特征,提出了HRA算法解算临边大气辐射传输方程,HRA算法的优点是针对任意一个切向高度,只需进行一次计算便可以模拟两种临边观测方式下的计算结果;并且利用了辐射流近似方法计算临边大气多次散射辐射;实验结果表明,FLATRAN模型的计算速度是CDIPI模型的约12倍、SASKTRAN模型的约105倍以及SIRO模型的约936倍,并且FLATRAN模型具备临边大气散射辐射和临边大气热辐射计算能力;(5)开发了临边大气背景光谱辐射特性计算软件目前的临边大气辐射传输计算软件是基于Fortran语言编写,需要安装相关的函数库且参数设置复杂,本文基于VC++平台开发了临边大气背景光谱辐射特性计算软件V1.0版本,该软件界面简洁方便,直观友好,软件可依据用户设置的大气模式、地表类型、气溶胶模式、云模式、临边几何和光谱范围,计算并输出临边光谱辐射特性图像、平均透过率、临边积分亮度和单波长计算耗费时间,并且能够保存计算结果的数据和图像。综上所述,本论文建立的FLATRAN模型在计算光谱范围、计算速度和计算临边大气辐射种类上具有很大的优势,实现了对临边大气辐射传输的宽光谱、快速计算的目标,为临边大气辐射传输理论和临边遥感探测应用奠定了坚实的理论基础。