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水平面直接辐射日曝辐量反演气溶胶光学厚度

许潇锋  邱金桓  牛生杰  
【摘要】:我国有98个辐射观测站,其中长期(最早1957年)开展总辐射和散射辐射日曝辐量观测的有60多个站。为了利用这些辐射资料获取我国气溶胶光学特性的长期变化特征,本文发展了一个从宽带水平面太阳直接辐射日曝辐量(总辐射与散射辐射日曝辐量之差)反演光谱大气气溶胶光学厚度的方法,并对该方法的有效性进行了检验。从水平面太阳直接辐射日曝辐量反演气溶胶光学厚度(AOD)有4个主要问题需要考虑:1)"等效"的瞬时太阳天顶角模式;2)AOD日变化的影响;3)散射辐射订正误差的影响;4)云的影响。为了解决这些问题,文章首先发展了一个应用水平面太阳直接辐射日曝辐量反演AOD的方法,其中包括建立一个适用于该日曝辐量的"等效"瞬时太阳天顶角模式;然后,基于气溶胶标高提出了一个云影响甄别的方法;最后,基于AERONET气溶胶产品,对本文AOD反演方法和云甄别方法分别进行了误差分析和比对验证。基于辐射传输模式模拟结果,对本文反演方法的敏感性检验和误差分析表明:五种大气条件下,"等效"瞬时太阳天顶角的最大绝对误差不超过0.013,平均为0.009;由此引起的光学厚度的最大反演误差为4.81%,平均为3.66%;虽然AOD的日变化对单日反演结果影响较大,但若综合考虑各种AOD日变化情况,则对大量反演结果平均值的影响并不明显,所以一段较长时间内(如季、年)光学厚度平均值是可信的;散射辐射订正的绝对误差≤20%时,AOD平均反演误差≤4%,即使散射辐射误差范围达到-50%~50%,光学厚度平均误差也≤13%。通过与AERONET产品(北京站)的比对验证表明:本文发展的光学厚度反演方法和云影响甄别方法都是有效的;晴空反演的0.75μm光学厚度与AERONET的相关系数超过0.95,平均误差约0.02;运用云甄别方法后,多年季节和年平均AOD的计算得到了较大改善,与AERONET计算值具有较好的一致性。

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