一个检验太阳光度计Langley定标结果可靠性的方法

准确反演气溶胶光学厚度(AOD)在气溶胶气候效应和环境效应研究中至关重要,仪器定标是目前AOD反演过程中最大的不确定性来源。Langley法作为应用最广泛的光度计定标方法,其对天气条件和大气洁净度要求苛刻,这在大气污染较重的地区难以实现,并可能导致AOD反演误差偏大。为了降低由不恰当的Langley定标所引起的AOD反演误差,本文提出一个利用辐射传输模式结合地面太阳直接辐射观测数据检验Langley定标结果合理性的方法,并利用西安2013年6月至2015年12月多滤波旋转遮光带辐射计(MFRSR)和直接辐射表(NIP)观测资料,探讨了方法的可行性。结果表明,该方法能够将Langley定标结果限定在较小的波动范围内,有效降低由定标不确定性引起的AOD反演误差,有助于提高单站点AOD观测精度。

太阳辐射计直射通道定标方法研究

使用太阳辐射计在2021年3月至5月于丽江高原的观测数据为辐射计进行Langley定标,针对观测期间大气环境波动带来的拟合误差,提出了一种拟合前数据筛选的定标方法,通过排除掉观测期间波动幅度过大的数据,提高参与定标的数据可靠性,从而提升定标结果的精度与稳定度。结果显示经过数据筛选的Langley拟合线性度有明显提升,定标值离散程度大幅减小,各通道定标值分布区间平均减小了70.4%,标准差减小了65.4%,对于已得到的多日定标结果,采用拟合平均法使各波段定标值标准差减小了28.7%~67.6%,结果与仪器出厂定标值相对误差小于3%,证明方法是可行有效的。

光谱型太阳光度计混合定标方法

光谱型太阳辐射计可以直接测量得到太阳辐射变化,反映各个波段对应的辐射度信息,其直射通道全波段的仪器定标精度直接影响大气参数的反演精度。常用的Langley拟合法在大气强吸收波段定标精度不高,最终计算的可降水量、强吸收波段透过率数据均存在一定的误差。为了满足可见-近红外全波段太阳光谱的高精度测量需求,提出一种非吸收波段的Langley定标法和基于理论计算强吸收波段大气层顶太阳辐照度相结合的混合定标法,得到光谱辐射计全波段的定标值。因为仪器响应函数是随波长缓慢变化的,通过非吸收波段定标的仪器响应函数按波长线性插值得到强吸收波段下的仪器响应函数,再结合大气层顶太阳辐照度和仪器定标值之间的关系得到强吸收波段下的仪器定标值。通过对比Langley定标法、改进Langley法以及混合定标法的仪器定标值变化曲线发现,前两种方法在强吸收波段的定标值有明显的突变,而混合定标法计算的强吸收波段仪器定标值变化更平缓,符合仪器响应规律;通过对比不同定标法测量的大气透过率与CART理论计算透过率的相对偏差,发现混合定标法平均偏差减少了1.15%,误差的减小主要归因于混合定标法提高了强吸收波段大气透过率的测量精度。将改进Langley法和混合定标法计算得到的可降水量数据与国外同类型的POM辐射计测量得到的可降水量数据进行对比,混合定标法计算得到的可降水量与POM辐射计的计算结果几乎一致,相对误差在10%以下,而相对于改进Langley定标法平均减少了40%;对于测量的大气透过率,与POM辐射计测量的透过率数据进行对比,在940 nm水汽强吸收带处,混合定标法测量的相对误差减小了25%。因此混合定标法对于光谱型太阳辐射计直射通道全波段定标、可降水量计算以及强吸收波段透过率计算有应用价值,较好地改善了强吸收波段的定标精度。

中国遥感卫星辐射校正场气溶胶光学特性观测研究

1999年 6月 2 8日～ 7月 1 9日在敦煌场 ,7月 2 5日～ 7月 31日在青海湖水面场进行了一次大规模综合野外测量试验 ,其中采用 3台先进的法国CIMEL太阳辐射计对两个场地大气光学特性进行了系统全面测量 ,获得大量晴空天气条件下的大气光学数据。利用Langley法处理气溶胶通道数据得到气溶胶光学厚度及其光谱变化。测量结果显示 550nm波长平均气溶胶光学厚度分别为 0 .1 2、0 .1 8,由气溶胶光学厚度的波长变化得到气溶胶Junge参数分别为 2 .6、3.0 ,并与几种典型气溶胶类型比较。结果表明两地在晴空天气里 ,气溶胶含量较小 ,符合遥感卫星传感器辐射定标的大气条件。

中国地区太阳分光辐射观测网的建立与仪器标定

大规模的太阳分光地基联网观测不但能够直接为该项研究提供基础数据,同时也可为卫星遥感提供地表订正.利用性能优越的LED型太阳光度计,依托中国生态研究网络(CERN)分布在中国各地的观测站,建立了标准的太阳分光辐射观测网.利用Langley定标法结合量值传递定标法对观测网所有光度计的标定方法及误差分析表明,不同光度计间的同步观测结果(相对标准偏差小于3%)以及与CIMEL光度计的观测结果间(相对偏差小于5%)有很好的一致性,证实了观测结果的准确性以及该类型光度计及其观测网的稳定性和可靠性.

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670nm,870nm和1020nm波段与仪器出厂时给定的标定结果偏差不超过6%,而440nm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。

厦门海域气溶胶光学特性的观测研究

在讨论了太阳辐射计标定的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对厦门海域气溶胶光学厚度的测量。研究测量结果表明厦门海域气溶胶的Jungle参数是3.0017,它具有大陆模式的特性。

合肥地区气溶胶光学厚度的时间变化特征

利用太阳辐射计CE318对合肥地区大气气溶胶进行长期系统的观测,对2002年至2007年间的观测数据进行反演分析,得出了气溶胶光学厚度随时间变化的统计特征.结果表明合肥地区气溶胶光学厚度日变化有5种类型;气溶胶光学厚度随月份有波浪式变化,月平均值在4月份和8月份分别达到最大值0.727和最小值0.192;四季中春秋季节的气溶胶光学厚度大于夏冬季节,春季最大0.636,夏季最小0.262;2004年至2007年冬季气溶胶光学厚度有逐年增大的趋势.

利用太阳辐射计940nm通道反演大气柱水汽总量

利用太阳辐射计CE318近红外 94 0nm水汽吸收通道和临近窗区通道反演大气柱水汽总量 ,由于大气在 94 0nm附近有水汽吸收 ,该通道不能采用通常Langley法处理 ,而采用改进的Lan gley法。利用MODTRAN3.7模式模拟出太阳辐射计 94 0nm通道透过率与水汽量关系常数 ,考虑了通道的光谱响应函数和不同大气模式的影响 ,模拟结果表明窄通道 (小于 10nm)上述关系常数受大气模式影响不大。总消光剔除气溶胶和分子散射 ,就得出水汽的透过率 ,从透过率反演水汽量。处理了敦煌和青海湖辐射校正场 1999年 7月场地大气特性测量兼FY 1C辐射定标期间的数据 ,反演的平均水汽量与探空水汽积分比较 ,差别在 12 %以内。还计算出一天中不同时刻的水汽量 ,给出了同步观测 6天卫星过顶前后 15min平均水汽量 ,该水汽量用于FY 1C卫星遥感器辐射定标时辐射传输模式的输入参数。

CE318太阳光度计观测资料应用前景及其解读

2002年中国气象局在沙尘暴各观测站点安装了CE318太阳光度计,用于探测大气气溶胶。为了使研究人员了解CE318太阳光度计工作原理、数据存储格式及解读方法,使这批观测数据很好地发挥作用,该文介绍了气溶胶气候效应的研究现状,分析了应用太阳光度计这种地基手段探测气溶胶的优势以及探测数据的应用前景。同时,针对光度计原始观测资料直接应用的瓶颈问题———资料解读方案进行了讨论,包括定标、气溶胶光学厚度的计算、光度计数据质量控制方法等。结合新疆塔中站光度计观测资料,列举了采用Langley法进行定标和计算气溶胶光学厚度的步骤。

利用太阳光度计反演大气柱水汽总量方法研究

应用天津大气边界层观测站的CE318型太阳光度计五个波段(440,670,870,936和1020nm)的太阳辐射观测资料,以及MODTRAN3.7辐射传输模式模拟的大气斜程水汽量与CE318太阳光度计936 nm通道水汽透过率的关系函数,研究了反演大气柱水汽总量的方法。结果表明:在大气处于相对不变的状态下,瞬态法和改进的Langley法在反演大气柱水汽总量时其结果的相关系数高于0.97;但在大气状态处于多变时,瞬态法优于改进的Langley法。

一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究

传统计算大气总水汽量是利用改进的Langley方法，通过准确测定传感器的光谱响应函数结合辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计940nm通道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法，该算法直接根据天空辐射计的观测数据估算了描述大气中水汽透射比的参数（a和b），而不依赖于光谱响应函数的精确测量；反演得到的a和b值包含了观测站温度、气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息，不受模式模拟误差的影响。利用2009年3—8月兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）天空辐射计资料，用该算法获得了观测时期内大气总水汽量，然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水汽量。结果表明，这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、CE318型太阳光度计的反演水汽量表现出较好的一致性，拟合斜率值分别为1．03和1．64，相关系数均〉0．95，相对误差在2．1％～11．3％范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网（SKYNET）对总水汽量的反演。

多波段光度计定标及误差分析

根据Langley法定标的原理,在河北省灵寿县对4台多波段太阳光度计MICROTOPSⅡ进行定标,并采用最小二乘法得到了很好的定标结果。分别计算了仪器的视场角、通道的半波宽度、大气状况以及气体吸收等方面对定标结果造成的影响,并且对水汽吸收通道(936 nm)采用修正的Langley法定标,得到4台仪器各自5个通道的定标系数。将定标后的仪器在天津武清和河北石家庄进行了观测,每两台仪器测得的气溶胶光学厚度(AOT)相对误差在1%左右,说明此次利用Langley法定标的结果很好。

中国部分典型地区大气可降水量特性遥感研究

新疆喀什、河北张北、安徽合肥、云南丽江分别位于中国西部、北部、中部、南部地区，属于我国典型气候地区。利用DTF型太阳光度计资料分析了该四个典型区域不同季节大气可降水量日变化和季节变化特征，分别给出各地区观测期间可降水量日均值、月均值和季节变化以及频率分布。结果表明：合肥可降水量最大，丽江最小，喀什高于张北；各地区可降水量夏季最多，冬季最少，喀什和合肥春季低于秋季，张北和丽江春季高于秋季。喀什可降水量值多集中在0．3～2．0cm之间，张北多集中在0．05～1．5cm之间，合肥多集中在0．2～3．0cm之间，丽江多集中在0．04～0．5cm之间。

扫描辐射计可见通道发射前外场定标方法对比(英文)

FY-2扫描辐射计是中科院上海技术物理研究所研制的我国风云二号静止气象卫星的主要载荷之一,为确定其响应率,中国科学院安徽光机所对FY-2(05)扫描辐射计进行了辐亮度法定标和Langley法定标,并对定标所用的5种反射率的漫反射板均匀性、反射比、BRDF性能进行了检测,给出了基于辐射标准传递的辐亮度定标的基本原理和数据处理方法,以及辐亮度定标和Langley法定标结果,综合不确定度为6.0%～6.4%。同时,提出了独立于相对光谱响应函数的基于标准探测器的反射比定标法,并与辐亮度法和Langley法进行了对比分析,其定标结果具有一致性。

地基多波段遥感大气可降水量研究

利用自动观测多波段CE 318太阳分光光度计,首先结合地面资料求出瑞利散射光学厚度,再用870 nm和1020 nm非吸收通道内插出936 nm通道的气溶胶光学厚度。通过辐射传输模型MODTRAN模拟不同大气模式和观测角下的大气可降水量和透过率关系,利用改进的Langley法计算出大气可降水量,分析了影响结果的误差源。

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5、50 nm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440 nm相关系数大于等于0.99)、定标期间550 nm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。

利用太阳辐射计反演合肥地区的水汽含量

介绍了利用太阳辐射计-CE318近红外940nm水汽吸收通道反演水汽含量的两种方法-改进的Langley法和比值法.用改进的Langley法反演了2003年10月中旬合肥地区的水汽含量,并与气象预报的数值进行对比,其误差在10%以内.研究表明太阳辐射计是一种便携有效的水汽测量仪器.

南京仙林地区气溶胶光学厚度反演与分析

2007年11月,利用CE-318太阳光度计对南京仙林地区进行了气溶胶光学特性的观测实验。详细讨论了气溶胶光学厚度反演的原理与方法,采用Langley法对CE-318进行了现场定标,利用观测数据反演了气溶胶光学厚度和Angstrom系数。分析得出了550 nm处的光学厚度平均为0.5183,浑浊度系数β平均值为0.2325,波长指数α平均值为1.3373。分析了光学厚度的日变化和逐日变化,讨论了变化的原因。对Angstrom参数的分析表明仙林地区气溶胶以中小粒子为主,这对于分析和监测南京地区大气污染、改善空气质量具有一定的积极意义。

敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标

为保证卫星在轨自动化定标中气溶胶光学特性观测的精度,针对基于相对稳定大气条件的Langley定标和基于高精度参考仪器的交叉定标,开展了辐射校正场太阳光度计的现场定标技术研究.定标结果表明高精度太阳光度计Langley定标和交叉定标与CE318太阳光度计反演的气溶胶光学厚度最大偏差分别在0.015和0.01以内.计算分析了大气条件、仪器参数等对现场定标的影响,将定标后的仪器和CE318太阳光度计放在青海湖同步比对观测,气溶胶光学厚度最大偏差在0.01以内.敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标误差对卫星在轨定标的影响不超过0.21%,表明定标结果能够满足卫星在轨自动化定标的精度要求.