基于光度计沙尘监测系统研制及云对AOD反演影响分析

摘要

中国气溶胶观测网络CAeroNet在我国北方建立了20个沙尘暴监测站，设有太阳光度计(CE318-2)、能见度仪等先进仪器和设备。本文根据实际应用需求，研制“基于CE318太阳光度计的沙尘监测预警系统”，首次在国内CE318光度计的观测业务中，实现了观测数据的实时自动反演、结果显示和保存，无须人工干预。在气溶胶观测研究、特别是在我国北方沙尘天气的监测预警中，凸显了该仪器自动跟踪观测的优势。配套开发的历史资料处理软件采用云处理方案获得更高质量的反演结果。 利用锡林浩特地区CE318太阳光度计资料研究表明：该太阳光度计滤光片年衰减率达20％以上。本文根据当地实际气候条件，提出利用多日背景大气Langley定标后，获得定标系数年变化曲线，进而插值计算各月定标系数来提高气溶胶光学厚度(AOD)，特别是晴天天气条件下AOD的反演精度。本文对该地区全年晴天资料做了统计分析。利用沙尘天气光度计资料，结合卫星资料分析指出，云的发生发展可以引起光度计反演结果日变化曲线出现多峰值。云随沙尘气溶胶的传输路径移动发展是干扰太阳光度计反演结果的主要原因。同时云、气溶胶相互作用又增加了分析云辐射强迫的难度。 无云干扰的沙尘天气，太阳光度计反演得到的大气柱AOD和大气浑浊度，与水平能见度呈乘幂关系，波长指数与能见度呈对数关系，相关性达80％以上。综合考虑大气水平能见度和大气柱气溶胶光学厚度，可以提高监测预警的精度，避免单一采用光度计资料时因云干扰而造成错误预警。当光度计反演得到的AOD突然剧增超过1，同时能见度仪数值突然骤减(拟合得到的AOD相应剧增超过1)，则往往伴随着沙尘天气的发生发展。 采用消光法反演气溶胶粒度谱发现，锡林浩特地区沙尘天气发生阶段，粒径范围0.3~3μm的气溶胶浓度剧增且超过一个量级，该指标可以作为该地区对沙尘天气进行监测预警的方法之一。另一方面，粒径处于该范围的气溶胶对人体呼吸系统的影响相对最大，采用消光法反演该粒径范围气溶胶粒度谱，对监测大气污染程度和关注人类健康，都具有实际意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究进展

1.2.1气溶胶地基观测的发展

1.2.2我国气溶胶光学特性研究

1.2.3资料订正及精度检验的研究

1.3主要研究内容

第二章基于CE318光度计的沙尘监测预警系统

2.1仪器介绍

2.1.1 CIMEL太阳光度计简介

2.1.2测量中需要注意的问题

2.2系统功能及界面介绍

2.2.1反演原理

2.2.2功能及界面

2.3软件反演结果精度检验

2.4软件对云干扰的处理能力

2.5不同天气条件下运行情况

第三章云对我国北方气溶胶光学特性影响分析

3.1采用云处理算法提高定标系数精度

3.1.1定标系数对反演精度影响分析

3.1.2云干扰对滤光片年衰减率影响分析

3.1.3插值计算各月定标系数

3.2北方半干旱地区典型天气条件下AOD统计特点

3.2.1晴天天气

3.2.2沙尘天气

3.3卫星云图对比分析

3.4小结

第四章沙尘气溶胶光学特性及预警阈值分析

4.1气溶胶光学特性与能见度相关性分析

4.1.1无云沙尘天气

4.1.2多云沙尘天气

4.2气溶胶粒子谱分析

4.2.1粒子谱反演原理

4.2.2典型天气条件下粒度谱

4.2.3粒度谱随时间演变特征

4.3小结

第五章主要结论与创新点

5.1软件开发与应用

5.2沙尘天气监测预警

参考文献

参加科研项目、论文及参加学术活动情况

致谢