| 相对于星载观测系统，月基对地辐射能量监测站（MERO）能够对离开地球系统的能量进行更长时间的连续观测。月基观测台站的建立，将从一个全新的角度全面观测气候变化，监测地球系统能量盈亏状态，揭示气候变化隐藏的现象和规律，催生新的地球气候系统模型和理论。但是，由于月基对地能量观测这一概念还未真正实施，因此非常有必要对其进行先期的科学论证。而论证中的一个重要环节便是观测特性评估，另一个重要方面便是仪器设计。但由于从月球平台对地球的辐射能量进行观测这一概念较为新颖，使得关于这两方面的研究领域目前尚处相对空白的状态。因此，为了深化人们对于这两个科学问题的认识，本论文将研究重心放在了MERO的观测特性，及仪器入镜辐照度这一对MERO仪器设计至关重要的参数上，以期能够为未来MERO的设计和建站工作提供一定的参考，本文开展的工作和获得的主要结论有： 本研究以NASA 喷气与推进动力实验室（Jet Propulsion Laboratory, JPL）星历数据为基础，分别在MERO月面可部署位置，仪器角度调整，直射太阳光入镜风险，视场对地球极区覆盖，多站点观测网视场覆盖这几个方面对MERO观测特性展开分析，结果表明：为了保证能时时观测到将近半个地球，月基对地观测站的建造位置应在80.5ºE-80.5ºW及81.5ºN-80.5ºS的区域内，且仪器张角应保持在2.0675º以上。当MERO位于7.80º W-7.80º E，6.69º S-6.69º N区域内时，仪器应具备水平方向360º，竖直方向15.5º 的方位可调性，当MERO位于此区域外时，仪器所需的方向调整能力为水平方向180º，竖直方向15º。尽管MERO仪器面临着直射太阳光入镜从而损坏仪器的风险，但此风险发生的概率是非常小的，因此只需要在直射太阳光入镜时刻关闭仪器即可，且这种关闭对长时间MERO对地观测影响是非常小的。极区覆盖评价显示相对于低轨卫星观测平台，MERO 有着更好的南北极覆盖比率，能够提供更长时间的月及年平均数据，且在结合卫星数据后，可为极区提供更好的辐射估算结果。同时，我们的研究发现，MERO月面位置差异所导致的瞬时视场空间覆盖差异在11%以内；这表明，相对于单站，MERO观测网络对于观测视场空间覆盖的拓展能力是非常有限的，但是，大比率的视场重合能够为MERO仪器间相互标定提供丰富的数据。 以NASA JPL星历数据和美国云与地球辐射监测平台（Clouds and the Earth's Radiant Energy System CERES）地球大气层顶（Top of Atmosphere）辐射通量数据为基础，本研究建立了用于评估单像元MERO仪器入瞳辐照度的计算模型。该模型通过计算从月基对地能量观测仪器地面瞬时视场到该仪器的辐射来最终得到的仪器入瞳辐射。在计算过程中，模型考虑到了地球TOA的辐射非均匀性，即TOA辐亮度随辐射方向发生变化的特性。该非均匀性可由TOA辐射非均匀因子量化，此非均匀因子可通过参考CERES角度分布函数（Angular Distribution Models, ADMs）获得。作为应用，我们以Apollo 15登陆点为假想的月基观测站位置，利用此模型对辐射观测仪器入瞳辐照度进行了评估，计算结果表明：在2017年10月1日至29日期间，仪器的短波入瞳辐照度变化范围为0到0.065 W/m2，长波为0.061到0.075 W/m2。同时本文还利用此模型对月面可部署区域内任意位置的月基对地辐射观测仪器在未来18.6年期间的入瞳辐照度进行了预测。计算结果表明，在未来的18.6年内，即从2017年10月到2036年6月期间，仪器入瞳处短波辐照度将在0到0.118 W/m2内变化，长波辐照度将在0.056到0.081W/m2范围内变化。尽管文中仅建立了用于评估单像元探测器配置MERO仪器的入瞳辐射的计算模型，但其仍可以在略做改进后用于实际的多像元仪器的设计之中。 |
