用CE-318太阳光度计资料研究银川地区气溶胶光学厚度特性

根据CE-318数据,利用Bouguer定律计算了银川地区的大气气溶胶光学厚度,并分析其变化特征。结果表明,该地区大气气溶胶光学厚度具有明显的日变化和季节变化。日变化有4种类型:1)变化相对稳定;2)整体上呈上升的趋势;3)早晚小,中午大;4)早晨09—11时出现峰值,其他时间变化较小。季节变化则是冬、春季节大,秋季次之,夏季最小;春季大气中的主要成分是沙尘,冬季大气的主要成分是人类活动排放的颗粒物,夏季由于降水多,气溶胶数浓度较低,气溶胶光学厚度较小。

CE-318太阳光度计在大气环境监测中的应用

CE-318太阳光度计自动进行太阳直接辐射和天空光扫描探测,通过反演计算可获取大气气溶胶各种光学特性,在大气环境监测与研究领域发挥着重要作用。介绍了CE-318太阳光度计的仪器结构、测量工作程序和反演算法,并对2010年重庆城区大气Angstrom波长指数测量结果进行了简要分析。

利用CE318-DP型太阳光度计反演多通道气溶胶光学特性

大气气溶胶的光学特性可对大气能量、大气环境和气候变化等产生巨大影响。为使遥感定量化更精确,反演气溶胶光学特性就变得很有必要。本文利用CE318-DP的观测数据,结合连续阶散射(successive order of scattering,SOS)算法,反演了870nm的散射相函数,并与AERONET网站对应的相函数比对,验证了反演的正确性并分析了误差来源。在此基础上,反演了6通道的单次散射反照率和偏振相函数。结果表明:在反演精度上,对数正态谱反演得到的散射相函数精度要优于由Junge谱反演得到的相函数精度;一般使用的大陆型和城市型等基本气溶胶模型已难以准确描述气溶胶特性,实际反演得到的散射相函数和偏振相函数比起用模型得到的更有应用价值;偏振相函数作为气溶胶的偏振特性参数,对气溶胶粒子的吸收性质十分敏感;偏振相函数与Angstrom指数同步变化,能够用偏振相函数表征气溶胶粒子的大小。本研究能提供更多的偏振信息,从而对不同通道的偏振相函数进行对比分析,有效提高对气溶胶光学特性的反演能力。

基于太阳光度计的成都双流地区夏季气溶胶光学特性研究

选取成都信息工程学院航空港校区为研究区,利用CE318太阳光度计于2013年6月期间连续观测的数据反演气溶胶光学厚度,Angstrom指数和粒子谱分布,然后进行气溶胶光学特性分析,结果表明:气溶胶光学厚度随波长增加而减少;气溶胶光学厚度随人为活动和天气等诸多因素变化而变化;平均波长指数显示该地区气溶胶中小粒子占主控地位,平均直径在1.2μm左右;平均浑浊度系数为0.44,大气处于浑浊状态;粒子谱分布呈双峰型,证明该地区为城市气溶胶类型,也详细表明气溶胶粒径的变化。

兰州大气气溶胶的太阳光度计观测分析

利用2006年春冬两季在兰州及其市郊皋兰山的CE318型太阳光度计观测资料,分析了市区内与山上的气溶胶光学厚度(AOD)。通过研究发现,兰州气溶胶光学厚度的主要影响因子为大气稳定度;而气溶胶波长指数的主要影响因子为地面水平风速。市区AOD日变化呈现峰型和平稳型,山上为峰型和谷型。市区的AOD平均值显著大于山上;市区与山上的AOD平均日变化都为冬季大于春季。市区上空的大部分气溶胶集中在600m以下的高度层中,春季这一气层的气溶胶对总AOD的贡献率为71.4%,冬季为74.6%。山上气溶胶粒子半径冬季小于春季;市区上空春季气溶胶粒子以沙尘为主;冬季气溶胶粒子以烟尘排放为主。

基于太阳光度计的广州亚运期间气溶胶参数分析

利用CE-318太阳光度计多波段观测资料,计算广州市区2010年11月亚运期间大气气溶胶光学厚度、散射系数及散射相函数,分析了广州亚运期间大气气溶胶光学厚度、波长指数和Angstrom混浊度系数的特征,并与近年同期历史数据进行了对比分析。结果表明,亚运期间受燃放烟花影响,测量点附近一段时间内气溶胶光学厚度明显增加,光学厚度逐日起伏变化明显;受交通负荷的变化影响,是否工作日和是否实施交通单双号限行都会影响光学厚度变化。

MICROTOPS Ⅱ型太阳光度计对比定标分析

介绍MICROTOPS Ⅱ型5通道手持式太阳光度计的基本测量原理、气溶胶光学厚度计算方法,重点对其定标方法进行研究,分析了直射通道的Langley定标法和标准仪器对比定标法,使用经过Langley定标的CE318型标准太阳光度计对其进行对比定标。实验表明:两种不同仪器间对比定标可以显著提高测量精度,得到440nm和870nm波段的AOD(Aerosol Optical Depth)指标与标准仪器的偏差在0.03以内。

基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析

对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶胶光学特性,本文基于2018年4月至2020年9月CE-318型太阳光度计观测资料,通过ASTPwin软件反演获得了甘肃省四个站点的气溶胶光学厚度AOD,计算了Angstrom波长指数α,分析了甘肃省不同区域不同季节AOD和α的分布和变化特征以及气溶胶光学厚度和波长指数的关系。结果表明:(1)观测时段内,所有站点各波段AOD的变化趋于一致,且AOD值随波长增大而减小。兰州和皋兰山AOD值冬季最高,春、秋季次之,夏季最低,兰州冬、春季AOD值分别比年均值超出14.98%和4.68%,皋兰山冬季AOD值比年均值超出3.88%。敦煌和民勤AOD值均为春季最高,比各自的年均值高出24.49%和26.30%。敦煌AOD季节分布为:春季>夏季>冬季>秋季,而民勤则表现为从春到冬季逐渐减小的趋势。(2)兰州和皋兰山春夏季主控粒子为粗模态,秋冬季则为细颗粒物主导。敦煌和民勤大气气溶胶常年由粗模态粒子主控。2019年冬季,兰州市区AOD值比其城郊的皋兰山高出68.0%;敦煌和民勤2019年春季沙尘气溶胶污染较为严重,敦煌AOD值比民勤超出42.42%。(3)四个站点AOD和α的频率分布均呈单峰曲线,不同季节AOD高频次分布范围存在差异性,但都处于1.0以下。α的高频次范围分布较为复杂,兰州春季、皋兰山春夏季、敦煌四季、民勤春夏秋季,α分布区间均小于1.0,而兰州夏秋冬季、皋兰山秋冬季、民勤冬季α主要分布于1.1以上。(4)不同季节AOD和α的关系存在差异,表现为不同季节,大气出现严重或者局部污染时,气溶胶的主控粒子粒径大小不同。春季大气出现局部或者严重污染、夏季大气局部污染时,四个站点气溶胶主要是大粒径粒子,其中沙尘气溶胶的贡献较大。夏季大气处于严重污染时,皋兰山气溶胶主要是细模态粒子,兰州、敦煌、民勤气溶胶依然由粗模态主控,但是兰州小粒径粒子导致的污染比重高于其余两站,其中85%以上属于城市工业-气溶胶污染。秋季大气处于严重污染状况时,兰州和皋兰山均由细模态粒子主导,其中城市工业-气溶胶占比明显增加,而敦煌和民勤依然由粗模态粒子主导,其中沙尘气溶胶占比偏重。冬季大气严重污染时,兰州依然由细模态粒子主导,而其他三站由粗模态粒子占据主导地位,冬季大气局部污染时,敦煌和民勤粗模态粒子与细模态粒子同时出现,皋兰山以细模态粒子为主。分析可知,总体上甘肃偏北地区气溶胶污染以沙尘气溶胶为主,而偏南地区气溶胶污染表现为粗模态与细模态粒子交替出现,这为下一步结合卫星遥感资料研究甘肃不同区域的气溶胶特性及大气污染特征提供了一些参考。

基于CE318观测的广州市气溶胶光学特性

基于CE318太阳分光光度计观测数据,反演了广州市2011年全年的气溶胶光学厚度、浑浊度和波长指数,并对广州市气溶胶光学特性的全年总体特征、季节性特征、日变化等进行了分析。结果表明：1）2011年广州市气溶胶光学厚度（AOD）全年均值为0.53,处于较高水平。其中,春季AOD最大,均值为0.81秋冬季其次,均值为0.5左右;夏季最小,均值为0.43。浑浊度与光学厚度具有相似的特点。2）从频率分布上看,波长指数α〉1.2所占比例接近90%,在1.4∽1.6之间的所占比例〉50%,说明广州市的气溶胶主控粒子为小粒径的烟雾粒子。3）广州市秋冬季节的波长指数α较大,分别为1.46和1.50;春季α为1.27,夏季α为1.13。春夏季节粗粒子有较大程度地增多。总体上看,广州市区气溶胶类型接近于城市-工业性气溶胶与海洋性气溶胶的混合类型。4）广州市AOD的日变化与人类活动较为一致,上午持续上升,中午T 13：00左右到达一个小高峰,随后趋于稳定,T 17：00左右开始缓慢上升。波长指数α与AOD无明显关系。

基于CE318观测的广州市气溶胶粒子谱分布特征

基于CE318太阳光度计观测数据,采用消光法对广州市2011年全年的气溶胶粒子体积浓度、数浓度、体积谱、数浓度谱的全年总体特征,季节性特征及日变化进行了分析。结果表明:1)广州市气溶胶粒子体积浓度年均值为0.45μm3/μm2,春季最高,夏季最低;且粒子体积浓度与浑浊度的相关系数达到0.956。2)广州市气溶胶体积谱为双峰型,数浓度谱为单峰型。半径<0.1μm的细粒子为气溶胶主控粒子,主要由水溶性粒子和煤烟组成。3)广州市的气溶胶污染主要与工业、交通等人为污染有关;其主要成分为水溶性粒子和煤烟,此外还存在少量的沙尘和海洋气溶胶粒子。4)一天当中气溶胶粒子体积浓度随着人类活动增加逐步上升,T 12:00―15:00时段细粒子的体积浓度为一天中最高。

基于CE318数据的杭州市气溶胶光学特征研究

利用2014年6月-2015年5月布设于杭州市区的太阳光度计(CE318)的观测数据,分析了杭州市气溶胶光学厚度(AOD)、Angstorm波长指数(α)和浑浊度系数(β)的时间变化特征。结果表明,观测时间段内杭州市AOD年均值为0.65±0.31,与全国年均值相比处于较高的水平,夏季均值为0.84±0.42为全年最高,春秋两季次之均值分别为0.64±0.28和0.65±0.26,冬季最小,均值为0.56±0.26。β年均值为0.28±0.13,说明杭州市空气较浑浊。α年均值为1.16±0.24,说明杭州市气溶胶主控粒子为粒径较小的烟雾型粒子,从频率分布看,α处于0.5~1.5范围占比97.49%,处于1.1~1.5范围占比53.63%,说明杭州市气溶胶类型为大陆型气溶胶和海洋型气溶胶的混合类型。AOD、α、β三者日变化较小,变化趋势基本一致,变化曲线呈凹形,早晚时段出现峰值。研究了AOD与能见度的关系,结果表明,AOD与能见度呈负相关关系。利用Hysplit风场轨迹模型研究各个季节风场特征,结果表明,杭州地区全年主要受偏东风场、西北风场、西南气旋系统影响,夏季受偏东风场和浙西南内陆气旋系统影响,AOD最高,秋季受北方高压影响空气较清洁,冬季受西北风场影响,对空气有清洁作用,AOD最小,春季受西北风场影响空气中沙尘粒子增多。

基于CE-318观测的南宁市气溶胶光学特性变化特征

基于CE-318太阳光度计观测数据,对南宁市2015年大气气溶胶光学厚度、浑浊度系数、波长指数进行反演研究,分析其光学特性的年变化特征、季节变化特征。结果表明:2015年南宁市大气气溶胶光学厚度年均值为0.85,处在较高的状态;AOD最高为秋季,春冬季次之,最低为夏季;浑浊度系数年均值为0.28,说明南宁市大气污染较为严重;波长指数年均值为1.27,大于1,说明南宁市大气气溶胶主控粒子为细粒子。

基于激光光源的太阳辐射计视场角测量方法

视场角（field of view,FOV）是太阳辐射计的基础参数,也是太阳辐射计传递定标方法和室内积分球光源对比定标方法的关键参数,获取高精度的FOV是提高此类定标方法精度的重要手段。基于矩阵扫描测量方法,针对CE318型太阳辐射计,研制了激光光源测量FOV系统,并将测量结果与传递定标法进行了对比验证。结果表明：基于激光光源的矩阵扫描测量效果最好,不确定度为0.4%~1.1%;而基于太阳光源矩阵扫描测量受太阳运动的影响,因此有一定的发散角,导致测量结果比激光光源测量结果小约1.3%~1.4%。此外,在太阳辐射计历史定标系数较多时,激光光源测量结果与传递定标法计算的FOV结果一致性较好,说明传递定标法在历史数据多时也可以得到较精确的FOV结果。

黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度变化特征的初步分析

利用“兰州大学半干旱气候与环境观测站”2006年8月至2007年4月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料，分析了黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征。结果表明，黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系；在可见光和近红外波段，随着波长的增大，气溶胶光学厚度是减小的；黄土高原半干旱地区AOD日变化类型主要有单峰型、稳定型、上升型3种。逐日变化特征显示，降水对气溶胶粒子具有明显的湿清除作用，霾的出现导致AOD明显增大；AOD日均值主要集中在0．140．4之间，日极大值在08～11时（北京时，下同）出现的频率最多，H极小值在12～13时、14～17时出现的频率最多。气象条件对AOD有明显的影响，在南风情况下AOD大，东风情况下AOD小，霾与晴天相比，AOD明显增大；对同一波段，风向差别引起的AOD的差异较晴天与霾相比引起的AOD的差异要小。

北方沙尘气溶胶光学厚度和粒子谱的反演

利用CE-318太阳光度计在内蒙古额济纳旗、东胜、锡林浩特三地观测的2002年6月—2003年5月间的太阳直接辐射数据,应用消光法反演大气气溶胶光学厚度[AOT(λ),Aerosol OpticalThickness]和粒子谱分布,并分析其变化特征。结果表明,该地区气溶胶光学厚度具有明显的时空变化:春季最大,冬季最小,AOT(λ=440 nm)平均最大值为0.78,最小值为0.13。3个观测点中,额济纳旗的光学厚度最大,东胜最小。光学厚度的日变化主要有4种形式:1)早晨高傍晚低;2)早晨低傍晚高;3)早晚低中午高;4)变化平缓。这主要与沙尘天气的发生、大气层结稳定度和人类活动等因素有关。气溶胶粒子谱分布基本符合Junge谱,在粒径0.3μm、0.6μm和1.0μm处出现峰值。但是在不同天气条件下粒子谱有很大差异,在沙尘暴天气中,大粒子和巨粒子数有明显的增加,粒子数浓度要比晴天背景大气大了约一个量级。春季气溶胶粒子数浓度最大,夏秋季次之,冬季最小,但相差不超过一个量级。

青岛近岸海域气溶胶光学厚度观测分析

利用CE318太阳光度计测量了青岛小麦岛地区2008年4月至2009年3月的气溶胶光学厚度(AOD)数据,分析了青岛近岸海域的气溶胶光学厚度特性。结果表明:气溶胶光学厚度光谱基本满足ngstrm关系,其中大气浑浊度系数κ=0.22±0.07,ngstrm指数υ=1.26±0.23。气溶胶光学厚度的日变化有3种典型趋势,分别是上升型、下降型和凸型。季节变化特点为春、夏季气溶胶光学厚度大,而冬季小。

广州市晴空气溶胶光学特性及源特征分析

利用CE318太阳光度计观测数据反演了广州市2015年晴空气溶胶的基本光学特性,分析其时间变化特征及探究本地污染来源,并基于HYSPLIT后向轨迹模型研究了广州大气污染外部输送来源的特征。结果表明:①2015年广州市AOD年均值为0.625,处于较高的水平。其中,春季AOD值最大,其余依次为秋季、冬季、夏季,具有明显的季节变化特征;②气溶胶基本光学特性的日变化与人类活动密切相关,道路交通污染是大气气溶胶的主要来源;③大气污染受外部输送的影响具有明显的季节变化特征,与本地排放叠加,使得广州大气污染加重,且常年有海洋性粒子输送;④各个季节波长指数均大于1,主要分布在0.8～1.4区间内,全年气溶胶组分稳定,以较小粒径的气溶胶为主。总体看来,广州地区气溶胶类型主要为城市—工业型和海洋性气溶胶的混合类型。

偏振光在气溶胶中的传输特性研究

为了研究气溶胶介质多次散射效应对区域内偏振光传输特性的影响,通过CE318太阳分光计实测数据反演得到了区域内气溶胶微物理光学特性参数(光学厚度、粒子复折射率、粒子谱分布)。利用蒙特卡罗矢量辐射传输模型系统分析了粒子复折射率、粒子群有效半径、入射光偏振状态对传输特性的影响。研究结果表明:较小复折射率实部粒子的传输特性对复折射率实部变化敏感性较强;复折射率虚部是影响辐射传输特性的一个重要因素,虚部越大,吸收性越强,传输特性越差;粒子群有效半径越大,光波透射率就越低,反射率则越高;入射光偏振状态对传输特性的影响较小,相比其他类型的偏振光,水平偏振光的反射率和透射率受入射角的影响较大。

遥感试验数据确定大气气溶胶类型的方法研究

以太湖为研究区,通过水面光谱实验采集,地基太阳光度计大气测量,和当天的MODIS遥感影像,联合遥感太湖地区的大气光学特性,提出了一种实验确定气溶胶类型的方法。通过与卫星影像准同步的地面光谱和太阳光度计试验,利用辐射传输模式6S,变化气溶胶类型各组分,建立关于星上辐射的查找表,并利用定义的相对误差参量,在其总误差最小时确定气溶胶类型。将其用于改进后的Mie散射程序来计算大气气溶胶粒子群包括偏振散射相函数等的光学特性,并用于太湖地区大气气溶胶光学厚度的反演中,所得结果参考CE318实测值,反演精度有了较大的提高。该研究方法与结果可为大气气溶胶光学特性计算,大气辐射传输方程,气溶胶光学厚度反演,卫星数据大气校止等遥感应用提供支持。