渤海西岸气溶胶光学厚度测量研究

根据2003年在天津大气边界层观测站获得的CE318太阳光度计观测资料，探讨了仪器的定标、渤海西岸大气气溶胶不同波段的光学厚度及其变化规律。结果表明，渤海西岸大气气溶胶受渤海海洋和人类活动共同影响，各波段光学厚度都较大；气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系。     

沈阳大气气溶胶光学特性及其影响因子

利用2010年3—10月沈阳大气成分监测站CE－318太阳光度计观测资料,计算沈阳大气气溶胶光学厚度和波长指数等大气光学特性参数,结合地面气象观测资料,分析大气气溶胶光学特性及其影响因子。结果表明：沈阳气溶胶光学厚度在3—6月较高,8月较低,9—10月气溶胶光学厚度略有增加;除4月和8月外,气溶胶光学厚度与风速基本呈反相关;气溶胶光学厚度与可吸入颗粒物（particulate matter,PM）质量浓度变化趋势基本一致;气溶胶光学厚度日平均值距平的绝对值、改变率均与降水强度成正比;地面能见度与气溶胶光学厚度呈负相关。由气溶胶浑浊度系数计算的能见度在4—6月与实际观测的能见度基本吻合,由气溶胶标高计算的水平能见度整体小于实际观测的水平能见度。     

ＣＥ３１８太阳光度计常见故障及排除方法

CE318型太阳光度计,是法国CIMEL公司制造的一种高精度野外太阳和天空辐射测量仪器,主要用来测量大气气溶胶光学厚度。用于卫星遥感产品真实性检验和气溶胶气候研究的大气气溶胶环境监测仪器,在遥感卫星传感器辐射定标中用于大气光学参数测量的重要仪器,同时还在沙尘暴监测中发挥重要作用。     

北京地区大气气溶胶光学特性监测研究

该文依据气溶胶光学厚度测量原理,利用CE318太阳光度计,于2000年7月～2001年7月期间对北京地区大气气溶胶光学厚度进行观测试验,计算得到约50天的气溶胶光学厚度和Junge参数等大气光学特性数据,给出了北京地区气溶胶光学特性分布特征.计算统计得到北京城区晴空条件下的Junge参数为3 15、2001年3月份沙尘天气状况下急剧下降为2.28,而北京郊区顺义县的测量结果介于二者之间为2.65.分析表明,由试验获得的气溶胶光学特性数据对于分析和监测北京地区大气污染、改善北京地区空气质量具有一定的意义.     

利用台站资料定标太阳光度计效果评估

运用Langley方法、采用法国CE318太阳光度计在台站的观测记录为光度计定标,提出一种较客观的数据处理方法,主要分为4步：①利用Langley法对全年资料进行预处理,得到各通道定标常数、Langley法线性拟合相关系数、550nm的气溶胶光学厚度等;②以线性拟合相关系数的阈值大小（如440nm相关系数大于等于0．99）、定标期间550nm的平均气溶胶光学厚度小于等于0．15、半天（上午或下午）参与拟合的数据个数大于等于8组为条件,对预处理数据进行筛选;③根据光度计电压信号图像、最大值再次选取定标常数;④对最终选出的多组定标常数取平均值。对2002、2005年,乌鲁木齐、塔中、哈密、和田4个站点光度计资料进行试验,定标系数与出厂定标值（2002年）、北京定标值（2005年）比较后,4个站点的定标误差基本控制在8．5％以内（和田除外）,说明这种定标步骤有一定的参考价值。     

乌鲁木齐污染物浓度和大气气溶胶光学厚度的关系

利用乌鲁木齐2002年4月15日—2003年3月15日期间CE318太阳光度计的观测数据,计算了气溶胶光学厚度,对气溶胶光学厚度与地面污染物浓度之间的关系进行了探讨。乌鲁木齐的首要污染物为PM10,其次是SO2。结果表明,全年中乌鲁木齐气溶胶光学厚度与PM10、SO2浓度的逐月变化趋势基本一致。气溶胶光学厚度与PM10浓度日均值、月均值的相关系数分别为0.4104和0.5922,与SO2浓度日均值、月均值相关系数分别为0.3212和0.8168。每月SO2浓度和硫酸盐化速率的相关性很高,为0.8430,所以导致SO2对气溶胶光学厚度的贡献更显著。这在一定程度上说明SO2浓度是估测气溶胶光学厚度的一个较好参量。     

CE318型太阳光度计定标方法研究

太阳光度计定标值在气溶胶光学厚度的计算中至关重要,广泛采用的 Langley定标法对大气环境要求苛刻,用以计算定标值的数据筛选困难,基于此提出一个基于数理统计的筛选流程,形成一套自动、普适的太阳光度计定标流程。首先对原始数据进行质量检验,粗筛选去掉明显不能用于定标的数据,通过三重稳定性检验去除观测中的不确定值;将日观测数据分为上、下午分别进行Langley定标,在拟合过程中去除离群值,筛选拟合相关性高、观测时间范围大的数据;最后对定标结果进行三倍标准差筛选,最终得到定标结果。     

太阳光度计反演气溶胶参数的方法比较

气溶胶光学厚度(AOD)、一次散射反射比(ω_0)、粒子谱分布和散射相函数是表征气溶胶光学微物理特征的重要参数。利用CE318太阳光度计的直接测量数据与平纬圈测量数据基于Skyrad.pack算法可以用于反演这些气溶胶参数。结合光度计标定结果以及针对观测数据的严格去云方案和质量控制措施,利用该算法对几种不同的大气混浊度状况计算了上述气溶胶参数。计算结果与基于Dubovik算法的AERONET业务产品进行了比较,发现两种方法得到的结果大部分比较一致。虽然在大气混浊度较小的情况,Skyrad反演的ω_0和谱分布中的小粒子体积浓度与Dubovik结果相比有很大差异,同时Skyrad的计算误差较大,说明在实际AOD较小时,Skyrad算法的稳定性较低,但其反演结果依然能够在一定程度上表征气溶胶的光学特征。基本分析表明,基于Skyrad.pack算法的等天顶角观测反演结果在一定的大气混浊度和合适的太阳天顶角条件下是合理的,能够用于未纳入AERONET体系的光度计观测的气溶胶光学微物理参数研究。     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 II：实验研究

本文通过比较太阳直射表和太阳光度计探测的大气柱气溶胶光学厚度，分析了从太阳直射表探测的全波段太阳直射光强信息确定大气柱气溶胶光学厚度的误差，并应用北京观象台的太阳直射表观测资料，反演得到了 1990—1993年北京大气柱气溶胶光学厚度，分析了该光学厚度月与年变化规律以及1991年菲律宾皮纳图博火山爆发对北京大气气溶胶含量的影响。本文还提出了关于有效水汽含量的一个经验关系式，用于确定水汽对太阳辐射的吸收率。     

利用激光雷达观测兰州沙尘气溶胶辐射特性

利用微脉冲激光雷达CE370-2与太阳光度计CE-318, 在兰州观测分析了2007年3月27~29日扬沙过程沙尘气溶胶辐射特性, 并利用HYSPLIT-4模式分析了沙尘过程气溶胶粒子的后向轨迹。分析表明, 此沙尘过程气溶胶粒子的传输路径主要有两条： 一条起源于青海西北经西宁抵兰州, 另一条起源于塔克拉玛干沙漠经河西走廊抵兰州; 沙尘气溶胶主要集中于离地1.5 km高度层内; 沙尘气溶胶消光系数随高度先增加, 到0.2 km左右高度达到最大, 然后急剧减小。沙尘气溶胶光学厚度的时间演变呈双峰型, 最高峰出现在28日12:00, 次高峰在27日22:00。验证表明由CE370-2得到的气溶胶光学厚度与CE-318得到的很接近; 雷达观测资料的处理方法可以较好地反演气溶胶消光系数和光学厚度。     

利用激光雷达观测资料研究兰州气溶胶光学厚度

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2006—2011年晴空无云时激光雷达（CE-370—2）资料,结合2006年12月至2007年5月多波段太阳光度计（CE-318）资料,对比验证了激光雷达资料的反演结果,并分析了兰州地区气溶胶光学厚度的分布特征。结果表明：激光雷达反演得到的光学厚度与光度计观测得到的光学厚度,两者具有较好的相关性,相关系数为0．86。兰州地区气溶胶光学厚度3—5月和11-12月较大,主要原因是3—5月是当地沙尘频发期,11—12月是居民集中采暖期,沙尘排放和燃煤排放显著增加了大气气溶胶光学厚度。气溶胶光学厚度6～10月偏小,湿沉降清除是主要的影响因素。光学厚度季节分布为春季0．42,冬季0．36,秋季0．30,夏季0．21。光学厚度频数分布于0．0～0．3的最多,占总数的一半,且存在季节差异。兰州上空夏季干净,春季浑浊,冬季次浑浊。     

Preliminary Retrieval of Aerosol Optical Depth from All-sky Images

The relationship between the radiance ratio (radiance at wavelength 450 nm to 650 nm) and aerosol optical depth (AOD) is analyzed in this paper by numerical simulation and a "LUT" (look-up table) approach is then presented for the retrieval of AOD from the radiance ratio. In this LUT approach, the AOD retrieval error depends mainly on the assumption of aerosol types. From the preliminary simulation, a typical error of 15%–20% in AOD obtained from the radiance ratio is estimated, due to neglecting changes in...     

太湖地区气溶胶光学厚度的分布及其在大气校正中的应用

采用太湖地区水面光谱数据以及MODIS遥感影像数据,利用辐射传输模式6S,选择自定义气溶胶类型,反演得到太湖地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)分布,将其与太阳光度计CE318实测气溶胶光学厚度分别应用于太湖区域的大气校正中,得到不同的水面反射率,并参考实测水面反射率进行对比分析。结果表明:反演的太湖地区气溶胶光学厚度分布较为合理,造成此分布的原因可能是太湖北岸工业较发达,污染较严重。太湖颗粒物的吸收特性和卫星接收到的表观反射率导致反演数据的差异,是反演气溶胶光学厚度分布不均匀的主要原因。使用MODIS数据反演得到的太湖地区AOD进行大气校正,更加精确。该研究方法和结果可为气溶胶光学厚度反演、精确卫星数据大气校正提供参考。     

Aerosol optical properties and its radiative forcing over Yulin,China in 2001 and 2002

The aerosol optical properties and direct radiative forcing over the Mu Us desert of northern China, acquired through a CE318 sunphotometer of the ground-based Aerosol Robotic Network (AERONET), are analyzed. The seasonal variations in the aerosol optical properties are examined. The effect of meteorological elements (pressure, temperature, water vapor pressure, relative humidity and wind speed) on the aerosol optical properties is also studied. Then, the sources and optical properties under two different cases, a dust event and a pollution event, are compared. The results show that the high aerosol optical depth (AOD) found in Yulin was mostly attributed to the occurrence of dust events in spring from the Mu Us desert and deserts of West China and Mongolia, as well as the impacts of anthropogenic pollutant particles from the middle part of China in the other seasons. The seasonal variation and the probability distribution of the radiative forcing and the radiative forcing efficiency at the surface and the top of the atmosphere are analyzed and regressed using the linear and Gaussian regression methods.     

一种反演气溶胶光学厚度的改进方法

该文提出了一种简单快速反演气溶胶光学厚度的方法,该算法对地表反照率的处理与MODIS V5.2算法相同,但气溶胶谱分布假定为Junge谱,设置了新的气溶胶参数。应用2006年9月6日—2008年6月10日太湖MODIS观测资料和2008年5月20日—2009年7月6日香河MODIS观测资料进行反演,并将反演结果与AERONET (AErosol RObotic NETwork) 站点资料进行对比,以检验算法的适用性和精度。对比结果显示:该算法在太湖的反演结果与AERONET太湖站反演结果对比的标准偏差为0.429,而MODIS卫星AOD产品与AERONET太湖站反演结果对比的标准偏差为0.693;相应在香河的两种反演结果与地面观测对比的标准偏差分别为0.493和0.542。该算法的反演误差小于MODIS现行算法,反演结果合理,具有较好的适用性,说明这种方法在这两个区域具有更高的反演精度。     

大气气溶胶光学厚度遥感研究概况

大气气溶胶是影响气候变化的重要因子之一,利用遥感手段不仅可以获得气溶胶的分布信息,也可以得到相关的气溶胶光学特性参数。本文阐述了国内外气溶胶遥感的发展动态,介绍了气溶胶遥感的基本情况及气溶胶光学厚度反演的几种方法,提出了存在的问题并对今后的研究进行了展望。     

Effect of particle shape on dust shortwave direct radiative forcing calculations based on MODIS observations for a case study

Assuming spheroidal and spherical particle shapes for mineral dust aerosols, the effect of particle shape on dust aerosol optical depth retrievals, and subsequently on instantaneous shortwave direct radiative forcing (SWDRF) at the top of the atmosphere (TOA), is assessed based on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data for a case study. Specifically, a simplified aerosol retrieval algorithm based on the principle of the Deep Blue aerosol retrieval method is employed to retrieve dust aerosol optical depths, and the Fu-Liou radiative transfer model is used to derive the instantaneous SWDRF of dust at the TOA for cloud-free conditions. Without considering the effect of particle shape on dust aerosol optical depth retrievals, the effect of particle shape on the scattering properties of dust aerosols (e.g., extinction efficiency, single scattering albedo and asymmetry factor) is negligible, which can lead to a relative difference of at most 5% for the SWDRF at the TOA. However, the effect of particle shape on the SWDRF cannot be neglected provided that the effect of particle shape on dust aerosol optical depth retrievals is also taken into account for SWDRF calculations. The corresponding results in an instantaneous case study show that the relative differences of the SWDRF at the TOA between spheroids and spheres depend critically on the scattering angles at which dust aerosol optical depths are retrieved, and can be up to 40% for low dust-loading conditions.     

CE318型太阳光度计标定方法初探

初步探索了CE318型太阳光度计的室内和野外标定方法, 并对两种方法的标定结果进行对比。基于积分球辐射源的辐亮度标定方法, 对CE318型太阳光度计不同波段天空散射辐射通道进行标定实验; 分别采用Langley标定法和标准仪器相对标定方法, 对CE318型太阳光度计的不同波段太阳直接辐射通道进行了标定实验。实验结果显示:天空散射辐射通道的标定结果在670 nm, 870 nm和1020 nm波段与仪器出厂时给定的标定结果偏差不超过6%, 而440 nm波段处得到的标定结果要高于出厂时给定的结果, 偏离幅度约18.9%。太阳直接辐射各通道的标定结果普遍大于出厂时给定的结果, 说明滤光片老化较为严重, 需要进行更换, 以保证观测精度。由于标准仪器相对标定方法对太阳直接辐射通道的标定结果明显优于Langley法, 因此利用标准仪器相对标定方法对中国气象局太阳光度计站网仪器进行定期标定更能够保证仪器观测数据的准确性。