利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度课件.ppt

1、利用太阳光度计研究气溶胶光学厚度付烨20131202130 大气辐射学 专题实践 题目：题目：1616、分光光度计测量气溶胶、分光光度计测量气溶胶 (数据处理和程序编写数据处理和程序编写)2014年3月6日1 大气气溶胶及其光学厚度1.1 大气气溶胶的效应1.2 气溶胶光学厚度2 CE318太阳光度计应用简介2.1 太阳光度计应用现状2.2 CE318型太阳光度计观测原理3 应用个例利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度3.1 数据转换与处理3.2 气溶胶厚度反演方法（包括程序编写）3.3 结果与分析4 参考文献目录1 大气气溶胶及其光学厚度1.1 大气气溶胶的效应1.2 气溶胶光学厚度1-1

2、大气气溶胶是大气与悬浮在其中的固态或液态颗粒的共同组成的多相体系。通常颗粒的大小在0.01m至10m之间，能在大气中驻留至少几个小时。大气气溶胶的效应4/3201 大气气溶胶定义1-102 大气气溶胶的效应l大气气溶胶涉及大气环境、大气辐射、气象、气候、激光大 气传输等众多研究领域。l近年来大气气溶胶对全球气候的影响已引起科学家们的广泛 关注。l测量大气气溶胶物理参数和气溶胶物理参数变化特征对研究 气溶胶的气候效应、环境效应具有重要价值。大气气溶胶的效应5/321-2l大气气溶胶光学厚度是表征大气浑浊度的一个重要物理量。l它对评价大气环境污染、研究气溶胶的辐射气候效应等具有重要意义。l大气气溶

3、胶的浓度、化学成分、粒子粒径等物理化学特性的变化可直接反应在气溶胶光学厚度的变化上。气溶胶光学厚度6/322 CE318太阳光度计应用简介2.1 太阳光度计应用现状2.2 CE318型太阳光度计观测原理2v 目前，求解气溶胶光学厚度还是通过对太阳短波辐射的实际分光观测获得的。v 30多年以来，太阳分光光度计作为一种简单而又经济的技术来遥感气溶胶的光学特性和水汽含量，它是气溶胶光度学观测的一种常用方法。CE318太阳光度计应用简介8/322.1 太阳光度计应用现状2v 美国NASA利用法国CIMEL公司生产的CE318型窄波段太阳光度计在全球布设了AERONET(Aerosol Robotic

4、NETwork)气溶胶监测网。v 太阳光度计功能研究气溶胶光学特性进行卫星遥感反演的气溶胶 产品校验获取实时、长期的观测数据 CE318太阳光度计应用简介9/322v国内配备的太阳光度计同样是CE318型自动跟踪扫描太阳光度计。v该仪器在可见光至近红外设有8个观测通道。v优点：能自动跟踪太阳做太阳辐射测量；可进行太阳高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描；实现了无人管理自动采集测量数据和远程数据传输。CE318太阳光度计应用简介10/322.2 CE318型太阳光度计观测原理2 CE318太阳光度计应用简介11/322.2 CE318型太阳光度计观测原理v法国CIMEL 公司为太阳光

5、度计专门研制的应用软件ASTPWinv用途：光度计安装地点参数的设置、数据的获取、传输和一些简单 数据图像的处理、显示。vCE318 将采集的数据通过ASTPWin 软件定时传输到PC 机内。vCE318 从早晨(太阳高度角约为9)自动开始工作,到下午日落结束观 测,并自动回到原点位置。v湿度传感器控制仪器在有降水时停止工作。v数据传输间隔设置为1 h,即每小时将测量数据传输到PC 机内,生成一 个“.K7”文件。2 CE318太阳光度计应用简介12/322.2 CE318型太阳光度计观测原理资料解读v该光度计的测量数据可直接用个人计算机读取；v太阳和天空的测量方式可以编程；v在进行资料处理时

6、还需将仪器生成的原始文件(K7文 件)用ASTPWin软件转换成ASCll文件。vASCll文件类型和表1第一列相同（如表所示）。2 CE318太阳光度计应用简介13/323 个例应用利用太阳光度计反演 大气气溶胶光学厚度3.1 数据转换与处理3.2 气溶胶厚度反演方法（包括程序编写）3.3 结果与分析3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度15/323.1 3.1 数据转换与处理资料来源：时间：2008年4月25日27日地点：NUIST 文件格式：“.k7”3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度16/32数据转换（ASTPWin软件）：ASTPWin操作界面3 个例应用利用

7、太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度17/32ASTPWin操作界面NSU：8个通道3次SUN测量数据v一次数据有25个，其中一个是温度8个通道，分别是：1020 nm,870nm,670 nm,440 nm,500nm,940 nm,380nm，340nm。3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度18/323.2 气溶胶厚度反演方法原理：根据Beer-Lambert-Bouguer 定律，在地面直接测得的太阳辐射E(W/m2)在给定波长上:E=E0 R-2exp(-m)Tg (1)其中：E0 为大气外界太阳辐照度(太阳常数),R 为测量时刻日地距离(天文单位,约等于1),m 为大气光学质

8、量(约为天顶角的正割:sec),为大气垂直总光学厚度,Tg为吸收气体透过率。3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度19/32若用仪器输出电压V 代表E,公式(1)为:V=V 0R-2exp(-m)Tg (2)式中V 0是定标常数。v定标常数在8个通道的值分别为：8231 18596 22909 10048 22184 13015 19540 171393 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度20/32对于无水汽吸收的波段，大气垂直总光学厚度 可表示为:=r+a+O3+NO2 (3)其中：r为分子散射(Rayleigh)光学厚度a为气溶胶光学厚度O3为吸收气体O3的光学厚度NO

9、2为吸收气体NO2 的光学厚度3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度21/32Rayleigh 散射光学厚度可以通过地面气压值计算:r=p/p00.0088-4.05 (4)式中：p0 为标准大气压(1013.25 hPa)p 为实际大气压单位为m3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度22/32v在可见光、近红外波段,大气中主要存在臭氧和水汽的 吸收。v选择没有水汽吸收的通道（只有气溶胶消光和Rayleigh散射）：440 nm、870 nm、1020 nm 则式(3)中O3、NO2都为“0”将式(2)和(3)结合,同时公式两边取对数,则为:ln V+ln R2=ln V

10、0-m(r+a)(5)3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度23/32 一旦获得了比较精确的仪器定标常数V 0,对观测数据的处理可以采用“瞬态”法。即利用某时刻获得的太阳辐射测值V和预先标定好的定标常数(V 0)以及公式(5),就可得到该时刻大气柱总的消光光学厚度。（6）3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度24/32k表示通道（波长）3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度25/32计算出大气垂直总光学厚度和瑞利散射消光，就得到大气气溶胶的光学厚度：a =-r 3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度26/323 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚

11、度27/123.3 结果与分析9:2722:24 23:01 23:511:182:484:185:487:098:409:199:4723:162:124:326:287:489:1523:15012345AOD()TIME1020nm3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度28/329:2722:24 23:01 23:511:182:484:185:487:098:409:199:4723:021:423:104:326:147:329:0223:01012345AOD()TIME870nm3 个例应用利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度29/129:3410:50 22:38

12、23:130:482:184:035:487:188:579:2822:07 23:440:562:404:196:007:329:1510:52 23:15012345AOD()TIME440nm 4 参考文献4参考文献31/32 1韩永.范伟.饶瑞中等.连续光谱大气气溶胶光学厚度的实验测量.过程工程学报.2006,6(增刊2):3235 2任宜勇.李霞.吕鸣等.CE318 太阳光度计观测资料应用前景及其解读.气象科技.2006，34(3):349-352 3刘玉杰.利用新型全自动太阳光度计研究气溶胶光学和物理特性.(硕士学位论文)4杨志峰.张小曳.车慧正等.CE318型太阳光度计标定方法初探.应用气象学报.2008,19(3):297-306 5 aeronet.gsfc.nasa.gov THE END THANK YOU！