太阳光度计测量气溶胶光学厚度

ln Vλ + ln R2 = ln V 0λ - m (τrλ +τaλ) (5)
• 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。“瞬态”法也称之 为“截距法”,这种方法的精度依赖于仪器的定标常数( V 0λ)
1.2 数据格式
• 该光度计的测量数据可直接用个人计算机直接读
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。文件类型和表1第 一列相同。
ASTPWin操作界面
二、利用太阳光度计反演气溶胶的 光学厚度
• 1.反演光学厚度原理 • 2.大气气溶胶光学厚度的日变化特征
• 该仪器在可见光和近红外波段共有八个观测通
道，它不仅能自动跟踪太阳做太阳辐射测量，
而且可以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;它能自动存储测 量数据，并在测量完成后传输到计算机保存， 它还可以通过DCP平台远程传输数据，实现了
无人管理自动采集测量数据和远程数据传输。
它的总视场角天空瞄准光筒为1.2度，太阳瞄准光筒 为1.2度，其滤光片的光谱宽度和半波宽度见表2.1
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。
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440 nm、
870 nm、1020 nm ,且这3 个通道只有气溶胶消 光和Rayleigh 散射,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:
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。
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。 在8个通道的值分别为：8231 18596 22909 10048 22184 13015 19540 17139
• 1.大气浑浊度系数(β)、Angstrom波长指数(α) 定义 • 2.最小二乘法线性拟合
3.1大气浑浊度系数(β)、Angstrom波长 指数(α)定义
• 安斯川姆（Angstrom,1964)提出下式计算整层大 气米散射的光学厚度
（1）
• β 称为浑浊度系数，随大气中气溶胶总量而变 • α 称为波长指数
• 通常波长指数α反映气溶胶粒子谱分布情况，它 与气溶胶的平均半径有关，平均半径越小，气溶 胶的散射特性越趋近于分子散射,α越趋近于4。 • 混浊度系数β，主要反映的是气溶胶浓度的大 小,β值越大气溶胶浓度越大。 • 使用多个波段测量得到的气溶胶光学厚度，对式 (1 )进行最小二乘法拟合，可得到α和β，在此 基础上，又可以求出其它波长处的气溶胶光学厚 度。
（6）
• 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
2.2大气气溶胶光学厚度的日变化特 征
5
440nm
4
气 溶 胶光 学 厚 度
3
2
1
0 23:08:16 05:18:08 09:51:29 03:24:20 09:43:25
时间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
870nm
5 4 3 2 1 0
23:13:57 03:48:09 08:40:04 00:43:11 05:30:28 23:01:20
气 溶 胶光 学 厚 度
时间
5
1020nm
•
气 溶 胶光 学 厚 度
4
3
2
1
0
23:13:57 03:48:09 08:40:04 01:15:27 07:25:51
时间
三.利用最小二乘法计算大气浑浊度系数 (β)和Angstrom波长指数(α)
2.1反演光学厚度原理
根据Beer-Lambert-Bouguer 定律,在地面直接测得 的太阳辐射E(W/ m2) 在给定波长上的表达式为: 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
• 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、τNO2λ分别为吸收气体
O3 、NO2 的光学厚度
Rayleigh 散射光学厚度可以通过地面气压值计
太阳光度计测量气溶胶 光学厚度
刘莹莹
2008202434
主要内容：
• 一、太阳光度计简介
• 二、利用太阳光度计反演气溶胶的光学厚度 • 三、利用最小二乘法计算大气浑浊度系数(β)和 Angstrom波长指数(α)
一、太阳光度计
• 1.太阳光度计测量气溶胶的原理
• 2.数据格式
1.1 太阳光度计测量气溶胶的原理
法国CIMEL 公司为太阳光度计专门开发研制了一套 应用软件———ASTPWin ,主要用于光度计安装地 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 将采集数据自动存入机器内部存储单元,并 通过ASTPWin 软件定时传输到PC 机内。CE318 从早晨 大气质量数为6 (太阳高度角约为9°) 自动开始工作, 到下午大气质量数为6 (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。 仪器安装、调试并开机后,仪器自动进行数据采集。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。
• 太阳光度计是目前探测大气气溶胶的一个常用且
有效的监测仪器,利用它不仅能够研究气溶胶的光 学特性、进行卫星遥感反演的气溶胶产品校验,而
且可以获取实时、长期的观测数据。
• CE318 型自动跟踪扫描太阳光度计,它是法国
CIMEL 公司制造的一种自动跟踪扫描太阳光度计。
CE318型自动跟踪扫描太阳光度计