太阳光度计测量气溶胶光学厚度

CE318太阳光度计技术手册中国气象局监测网络司编写说明为了满足中国气象局沙尘暴站业务化运行的需求，同时，为观测人员了解测量原理、对仪器进行操作和维护提供指导，为研究人员开展科研工作提供参考，有关专家和有经验的业务技术人员共同编写了本材料。

本材料由中国气象科学研究院中国气象局大气成分观测与服务中心、北京市气象局和国家卫星气象中心共同组织编写。

目 录1 概述 (1)2 系统结构及原理 (1)2.1 仪器工作原理 (1)2.1.1 大气光学厚度 (1)2.1.2 气溶胶参数 (2)2.1.3 改进Langley法 (2)2.2 仪器结构 (3)2.3 技术指标 (5)3 系统安装及操作方法 (5)3.1 系统安装 (5)3.2 操作方法 (6)3.2.1 太阳光度计的启动和关闭 (6)3.2.2 重要操作指令列表 (8)3.2.3 天空扫描测量 (12)3.2.4 自动模式测量 (13)3.3 日常检查 (14)4 系统维护与校准 (14)4.1 系统维护 (14)4.1.1 检查系统的完整性 (14)4.1.2 检测电池电压 (14)4.1.3 检测仪器的时钟 (15)4.1.4 检测机器人臂和光学头是否水平 (15)4.1.5 检测仪器的跟踪和对准器 (15)4.2 系统定标 (15)5 数据及格式 (16)6 安全及注意事项 (16)7 附录 (18)7.1 日检查表 (18)7.2 周检查表 (19)1 概述大气气溶胶光学厚度的测量可反映气溶胶粒子对太阳辐射的消光作用。

世界气象组织的全球大气观测网（WMO-GAW ）将大气气溶胶光学厚度的观测作为基本观测项目，目的是对全球大气气溶胶的变化趋势进行长期观测，进而研究其对全球和局地气候变化的影响。

同时气溶胶光学厚度的地基观测结果，也是对卫星光学遥感校准的一种重要的手段。

WMO-GAW 推荐了两种通过直接测量太阳分光辐射求出气溶胶光学厚度的方法，一种方法是采用一组短波截止滤光片和直接日射表相配合进行测量，另外一种是使用太阳光度计的测量方法。

【关键词】气溶胶光学厚度 HJ-1卫星 MODIS 太阳光度计地表反射率【英文关键词】Aerosol Optical Depth HJ-1satellite MODIS sun photometer surface reflectance气溶胶光学厚度论文：基于环境一号卫星的气溶胶光学厚度反演研究【中文摘要】气溶胶是研究全球气候和大气污染的重要参数，是表征大气浑浊度的重要物理量。

气溶胶对人类生活和全球变化起着非常重要的影响。

因此，研究气溶胶的辐射特性有着非常重要的现实意义。

我国于2008年发射环境一号小卫星，该卫星是专门用于环境与灾害监测预报的星座。

本文就是利用HJ-1卫星的宽覆盖多光谱CCD相机获取的数据来进行气溶胶光学厚度的反演实验。

气溶胶光学厚度在局地大气污染研究领域中有很好的指示效应。

因此通过对宁波地区气溶胶光学厚度的反演实验，我们可以对宁波地区的大气污染状况进行大体的了解。

为了验证HJ-1卫星在宁波地区的适用性以及了解宁波地区的大气污染状况，本文利用暗目标法对宁波地区的气溶胶光学厚度进行了反演实验。

由于MODIS数据通过暗像元方法来反演气溶胶光学厚度已经有一套很成熟的业务化反演程序，所以本文借鉴MODIS的这种算法进行了相应的改进，进而利用HJ-1星来反演气溶胶光学厚度。

具体过程主要涉及到利用大气辐射传输原理，使用6S辐射传输模式通过输入不同的参数构建查找表，对原始遥感影像进行数据预处理以及通过NDVI识别暗像元来确定地表反射率函数等来实现整个反演过程。

为了对HJ-1星反演的气溶胶光学厚度进行精度验证，本文使用MODIS数据反演的1KM气溶胶光学厚度产品与HJ-1星的反演结果进行了空间上的对比。

结果显示，相关系数达0.8037。

另外，我们还用太阳光度计的观测数据来验证HJ-1星的反演结果，结果显示两者有很好的线性相关，相关系数高达0.89。

因此我们可以得出结论，环境一号卫星在城市气溶胶污染监测中具有很好的应用前景和发展潜力。

瓦里关地区气溶胶光学厚度的观测研究吴昊;刘鹏;王剑琼;王宁章;李宝鑫【摘要】文章利用中国大气本底基准观象台(CGAWBO)瓦里关基地2009年9月至2010年8月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料,分析了该地区气溶胶光学厚度(AOD)的变化特征和Angstrom指数分布规律.瓦里关AOD具有早晚出现双峰值的日变化规律,季节变化中春季出现最大值,夏天受降水等影响波动较大但平均值最低.春季黑碳气溶胶浓度也出现最高值,表明瓦里关春季受人为排放的影响最明显,瓦里关地区的AOD日变化与能见度的变化相关性较好.【期刊名称】《青海环境》【年(卷),期】2017(027)001【总页数】6页(P39-44)【关键词】瓦里关;AOD;能见度;变化特征【作者】吴昊;刘鹏;王剑琼;王宁章;李宝鑫【作者单位】中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001【正文语种】中文【中图分类】X16大气气溶胶通过对太阳辐射的吸收和散射改变地—气系统的能量收支[1]。

气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)是指整层气溶胶的消光系数在垂直方向上的积分，是描述气溶胶对太阳辐射衰减作用的一个重要光学参数。

它可用来推算气溶胶含量，进而评价大气污染程度，以及研究气溶胶气候效应[2]。

大气中各种粒子对可见光的吸收和散射，也会造成能见度的下降。

能见度的器测原理正是将大气消光系数与能见度联系起来，通过计算一定路径上的大气消光系数来确定能见度[3] 。

人们采用不同的方法或手段来研究AOD的时空分布等特征，王跃思等[4]利用CERN太阳分光观测网分析了 2004～2005 年中国典型地区大气气溶胶的光学厚度;刘玉杰等[5]、刘晓云等[6]利用太阳光度计分别对西北地区银川、敦煌沙尘气溶胶的光学厚度进行反演和研究;Xin[7]等研究了Angstrom 波长指数等光学特性及其时空分布状况;Fan等[8]利用 AERONET(美国国家宇航局(NASA)在全球建立的气溶胶观测网络，主要是利用CE-318太阳光度计在全球范围内获取具有区域代表性的气溶胶光学特性参数)分析了北京地区气溶胶光学厚度和波长指数的季节变化;杨琨等[9]研究了1999～2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征；Eck等[10]利用多年 AERONET 观测数据研究了亚洲东部的中国、蒙古、韩国等地区气溶胶光学特性及时空分布特征。

封面示例：学号_ 2010301110007学院归档号_________（黑体5号）武汉大学本科毕业论文（1号宋体居中）MODIS气溶胶光学厚度产品在武汉市大气污染研究中的应用（2号黑体居中，标题行间距为32磅）院（系）名称：资源与环境科学学院专业名称：地理学基地班学生姓名：付志伟指导教师：胡勇副教授（宋体小3）二○一四年五月学术声明示例：郑重声明（宋体粗体2号居中）本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本学位论文的知识产权归属于培养单位。

（宋体4号）本人签名：日期：二O一四年五月摘要现代社会经济发展迅速，同时由于产业发展不均衡等原因自然环境急剧恶化，资源消耗严重，大气污染成为人们日益关切的问题。

空气污染指数(Air Pollution Index，API)是关系大众生产生活的一个重要指标。

因此，及时有效的地对空气质量情况进行监测及科学、准确的预报预测，是实现改善大气状况的第一步。

我们现在最常用的API获取方式是地面基站实时监测，而大气污染的遥感监测也日益受到各国的重视。

本文主要通过中分辨率成像光谱辐射仪(Moderate Resolution Imaging Srcctroradiomater，M0DIS)二级产品气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)数据与武汉地区的API、PM10质量浓度做相关性分析，尝试建立它们之间的相关模型。

但AOD与API的直接回归分析显示其相关性并不好，而经过API提取出的PM10与AOD相关性要强一些，但两个回归模型精度都很一般。

而利用相对湿度和气溶胶标高等气象条件进行校正后，AOD与API、PM10的相关性都有明显提高，模型精度也都很可观。

利用MODIS C6产品分析广东省气溶胶光学厚度时空特征王捷纯;邓玉娇【摘要】本文采用地面太阳光度计实测数据对MODIS C6 AOD(气溶胶光学厚度)产品进行精度检验,结果表明:该产品与地面太阳光度计实测数据的相关系数为0.85,标准偏差为0.28,平均相对偏差为0.27,数据精度满足需求.利用该产品分析了广东省气溶胶光学厚度的时空分布特征,得出以下规律:①空间分布:珠三角＞粤东＞粤西＞粤北,其中,珠江三角洲西部的佛山市、东莞市、中山市是全省AOD的高值区;②季节变化:春季为AOD高值期,夏季、秋季次之,冬季最低;③年际变化:2003-2016年,广东省年均AOD呈现波动式下降趋势,2012年为高值年份,年均AOD值为0.611,2007年为次高值年份,年均AOD值为0.603,2016年为低值年份,年均AOD 值为0.382,2015年为次低值年份,年均AOD值为0.440.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P809-813)【关键词】MODIS;气溶胶光学厚度;广东【作者】王捷纯;邓玉娇【作者单位】广东省生态气象中心,广州510640;广东省生态气象中心,广州510640【正文语种】中文【中图分类】P402引言大气气溶胶通常指悬浮在空气中的粒径范围在0.001 μm到几十微米之间的微小粒子[1]。

气溶胶以直接辐射效应和间接辐射效应两种方式对全球天气和气候系统产生着重要影响[2-3]，其对可见光的散射和吸收作用导致地面能见度的下降[4-5]，并对城市交通、市民生活等造成不利影响。

此外，直径在10 μm以下的颗粒物可进入呼吸系统并对人类健康造成直接伤害。

鉴于以上种种原因，气溶胶的环境效应、气候效应、病理研究等均引起了学者们的广泛关注[6]。

作为全球首个提供了高分辨率的气溶胶光学特性产品的卫星传感器，MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer，中分辨率成像光谱仪)资料在全球尺度气候模型、环境污染、空气质量等研究中发挥了重要作用[7-9]。

气溶胶光度计原理气溶胶光度计是一种用来测量大气中气溶胶的浓度和光学特性的仪器。

它主要通过光学原理来进行测量，利用气溶胶对光的散射和吸收来获取气溶胶的光学特性参数。

气溶胶光度计的原理主要包括光学散射原理和吸收原理。

在气溶胶光度计中，用于测量气溶胶光学特性的主要光学参数包括气溶胶光学厚度和气溶胶光学粒径。

这些参数可以通过测量气溶胶对入射光的散射和吸收来获取。

首先，气溶胶光度计通过一个光源产生一束平行光，这束光穿过被测气溶胶的空气体系，然后通过一个接收器接收被气溶胶改变过的光。

气溶胶光度计利用这两束光的强度差异来获取气溶胶的散射和吸收特性。

在光学散射原理方面，气溶胶光度计利用散射光的强度来测量气溶胶的浓度和粒径。

当光线穿过气溶胶时，气溶胶粒子会对入射光进行散射，形成散射光。

气溶胶粒子的散射角度和散射强度与粒子的大小和浓度有关。

因此，通过测量散射光的强度和散射角度，可以获取气溶胶的颗粒分布和浓度。

在光学吸收原理方面，气溶胶光度计利用被气溶胶吸收的光强来获取气溶胶的吸收特性。

当光线穿过气溶胶时，气溶胶颗粒会吸收部分光能，导致透射光的强度减弱。

气溶胶的吸收率取决于其浓度和吸收截面。

因此，通过测量透射光的强度和入射光的强度差异，可以获取气溶胶的吸收率和吸收截面。

除了上述光学原理之外，气溶胶光度计还可以结合气溶胶颗粒的形状、折射率、化学成分等因素来综合分析气溶胶的光学特性。

通过对气溶胶的光学特性进行综合分析，可以更准确地了解大气中气溶胶的特性，为大气污染监测、气候变化研究等领域提供重要的数据支持。

总之，气溶胶光度计是一种基于光学原理的用于测量大气中气溶胶光学特性的仪器。

它通过测量气溶胶对光的散射和吸收来获取气溶胶的光学特性参数，从而帮助我们更好地了解大气中气溶胶的特性和影响。

随着科学技术的不断进步，气溶胶光度计将会在大气环境监测和气候研究领域发挥越来越重要的作用。