分光光度计测量气溶胶
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ASTPWin操作界面 NSU：8个通道3次SUN测量数据 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
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
3
个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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对于无水汽吸收的波段，大气垂直总光学厚度τλ 可表示为: τλ =τrλ +τaλ +τO3λ +τNO2λ (3) 其中： τrλ为分子散射(Rayleigh) 光学厚度 τaλ为气溶胶光学厚度 τO3λ为吸收气体O3的光学厚度 τNO2λ为吸收气体NO2 的光学厚度
大气气溶胶的效应
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1-2
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。 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。 大气气溶胶的浓度、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
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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
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3.2 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: Eλ = E0λ R - 2exp ( - mτλ) Tgλ (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 为大气光学质量(约为天顶角θ的正割:secθ) , τλ为大气垂直总光学厚度, Tgλ为吸收气体透过率。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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3.3 结果与分析
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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CE318太阳光度计应用简介
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3 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） 气气溶胶光学厚度
ln Vλ + ln R2 = ln V 0λ - m (τrλ +τaλ) (5)
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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一旦获得了比较精确的仪器定标常数V 0λ ,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Vλ和预先标定好的定标常数( V 0λ) 以及公式(5) ,就可得到该时刻大气柱总的消光光学厚度。 （6）
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
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0.01μm至10μm之间，能在大气中驻留至少几个小时。
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CE318太阳光度计应用简介
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2.2 CE318型太阳光度计观测原理——资料解读
该光度计的测量数据可直接用个人计算机读取； 太阳和天空的测量方式可以编程； 在进行资料处理时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。 ASCll文件类型和表1第一列相同（如表所示）。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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k表示通道（波长）
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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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： τaλ = τλ- τrλ
大气气溶胶的效应
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01 大气气溶胶定义
1-1
02 大气气溶胶的效应
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。 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。 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。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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Rayleigh 散射光学厚度可以通过地面气压值计算: τrλ =p/p0×0. 0088λ- 4. 05 (4) 式中：p0 为标准大气压(1013. 25 hPa) p 为实际大气压 λ单位为μm
2
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。 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
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2.1 太阳光度计应用现状
2
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 NETwork)气溶胶监测网。 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
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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。 该仪器在可见光至近红外设有8个观测通道。 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。
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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”
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数据转换（ASTPWin软件）：ASTPWin操作界面
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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在可见光、近红外波段,大气中主要存在臭氧和水汽的 吸收。 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τO3λ 、τNO2λ都为“0” 将式(2) 和(3) 结合, 同时公式两边取对数, 则为:
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4 参考文献
4
参考文献
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[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):32—35 [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]
CE318太阳光度计应用简介
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2.2 CE318型太阳光度计观测原理
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CE318太阳光度计应用简介
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2.2 CE318型太阳光度计观测原理
法国CIMEL 公司为太阳光度计专门研制的应用软件——ASTPWin 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。 CE318 将采集的数据通过ASTPWin 软件定时传输到PC 机内。 CE318 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。 湿度传感器控制仪器在有降水时停止工作。 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。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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若用仪器输出电压Vλ 代表E ,公式(1) 为: Vλ = V 0λR - 2exp ( - mτλ) Tgλ (2) 式中V 0λ是定标常数。 定标常数在8个通道的值分别为： 8231 18596 22909 10048 22184 13015 19540 17139
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ASTPWin操作界面 NSU：8个通道3次SUN测量数据 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。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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对于无水汽吸收的波段，大气垂直总光学厚度τλ 可表示为: τλ =τrλ +τaλ +τO3λ +τNO2λ (3) 其中： τrλ为分子散射(Rayleigh) 光学厚度 τaλ为气溶胶光学厚度 τO3λ为吸收气体O3的光学厚度 τNO2λ为吸收气体NO2 的光学厚度
大气气溶胶的效应
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1-2
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。 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。 大气气溶胶的浓度、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
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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
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3.2 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: Eλ = E0λ R - 2exp ( - mτλ) Tgλ (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 为大气光学质量(约为天顶角θ的正割:secθ) , τλ为大气垂直总光学厚度, Tgλ为吸收气体透过率。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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3.3 结果与分析
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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CE318太阳光度计应用简介
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3 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） 气气溶胶光学厚度
ln Vλ + ln R2 = ln V 0λ - m (τrλ +τaλ) (5)
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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一旦获得了比较精确的仪器定标常数V 0λ ,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Vλ和预先标定好的定标常数( V 0λ) 以及公式(5) ,就可得到该时刻大气柱总的消光光学厚度。 （6）
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
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0.01μm至10μm之间，能在大气中驻留至少几个小时。
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CE318太阳光度计应用简介
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2.2 CE318型太阳光度计观测原理——资料解读
该光度计的测量数据可直接用个人计算机读取； 太阳和天空的测量方式可以编程； 在进行资料处理时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。 ASCll文件类型和表1第一列相同（如表所示）。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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k表示通道（波长）
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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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： τaλ = τλ- τrλ
大气气溶胶的效应
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01 大气气溶胶定义
1-1
02 大气气溶胶的效应
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。 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。 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。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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Rayleigh 散射光学厚度可以通过地面气压值计算: τrλ =p/p0×0. 0088λ- 4. 05 (4) 式中：p0 为标准大气压(1013. 25 hPa) p 为实际大气压 λ单位为μm
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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。 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
* / 32
2.1 太阳光度计应用现状
2
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 NETwork)气溶胶监测网。 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
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2
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。 该仪器在可见光至近红外设有8个观测通道。 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。
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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”
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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数据转换（ASTPWin软件）：ASTPWin操作界面
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
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在可见光、近红外波段,大气中主要存在臭氧和水汽的 吸收。 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τO3λ 、τNO2λ都为“0” 将式(2) 和(3) 结合, 同时公式两边取对数, 则为:
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[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):32—35 [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]
CE318太阳光度计应用简介
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2.2 CE318型太阳光度计观测原理
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CE318太阳光度计应用简介
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2.2 CE318型太阳光度计观测原理
法国CIMEL 公司为太阳光度计专门研制的应用软件——ASTPWin 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。 CE318 将采集的数据通过ASTPWin 软件定时传输到PC 机内。 CE318 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。 湿度传感器控制仪器在有降水时停止工作。 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。
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个例应用——利用太阳光度计反演大气气溶胶光学厚度
* / 32
若用仪器输出电压Vλ 代表E ,公式(1) 为: Vλ = V 0λR - 2exp ( - mτλ) Tgλ (2) 式中V 0λ是定标常数。 定标常数在8个通道的值分别为： 8231 18596 22909 10048 22184 13015 19540 17139