[发明专利]一种整层大气透过率的反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气光学，具体是一种利用多波长太阳辐射计和高分辨率大气透过率计算软件进行整层大气透过率反演的方法。

背景技术

太阳辐射计是以太阳为光源，测量经过整层大气传输后的太阳直射辐射，主要用于大气气溶胶探测。美国NASA利用法国CIMEL公司生产的CE318型太阳辐射计建立了大气气溶胶自动观测网AERONET，在全球范围内布设了180多个地基太阳辐射计，主要用于大气气溶胶辐射气候研究，也对卫星系统遥感分析结果提供支撑和验证。中国气象局在全国范围内建设大气气溶胶光学特性监测网CARSNET，其目的是为了系统观测和研究中国区域大气气溶胶光学特性，为沙尘暴监测、大气气溶胶气候效应研究及卫星反演结果标定提供科学依据。国内安徽光学精密机械研究所、国家气象局等单位利用地基太阳辐射计进行了大量的大气气溶胶光学参数的研究，主要的研究方向是大气气溶胶光学厚度测量以及对仪器特定波段的相关反演，而对整层大气透过率的测量以及反演某个特定波长大气透过率方面的研究较少。

通常多波长太阳辐射计所测量波段在紫外、可见和近红外光谱范围，而中红外区域测量较可见光测量要复杂的多，为得到中红外波段的激光整层大气透过率，提出一种利用测量波段的大气气溶胶光学厚度数据反演到其它波段，再考虑大气分子散射和气体吸收光学厚度，进而计算得到所需波长的整层大气透过率。该方法适用于紫外、可见以及红外波长的整层大气透过率反演。

发明内容

本发明提供一种利用多波段太阳辐射计的整层大气透过率反演方法。

假设太阳辐射计可以同时测量n个波长(λ₁、λ₂、…、λ_n；λ₁＜λ₂＜…＜λ_n)的太阳直射辐射。

本发明的原理：技术方案为使用太阳辐射计测量所得到n个波长的整层大气气溶胶光学厚度。在假设大气气溶胶粒径谱分布满足荣格谱的情况下，按照埃斯屈朗公式拟合得到大气浑浊度系数与埃斯屈朗波长指数。利用拟合结果计算反演波长的大气气溶胶光学厚度，结合模式大气的分子瑞利散射光学厚度和气体吸收光学厚度，得到反演波长的整层大气透过率。

具体方案：太阳辐射可以认为是一定温度的黑体辐射，当经过大气传输后，受到大气分子和气溶胶粒子的作用，导致其辐射能量的衰减。利用太阳辐射计测量经过大气传输后的窄波段太阳直射辐射并与定标值相比较，即获得大气分子和气溶胶产生的垂直方向上的总光学厚度，从而给出垂直整层大气透过率。

本发明一方面涉及一种整层大气透过率的反演方法，其特征在于综合考虑大气气溶胶光学厚度和大气分子散射、吸收光学厚度下进行的多波长反演，给出其它波长的整层大气透过率，包括如下步骤：

(1)利用太阳辐射计测量单波长的整层大气气溶胶光学厚度，所选择的波长介于340nm至1640nm之间，优选介于400nm至1020nm之间，且所选择的波长的大气分子吸收较小，可以忽略；

(2)通过测定的数据反演其它波长的整层大气气溶胶光学厚度，所述的其它波长包括紫外、可见和/或红外波长；

(3)利用瑞利散射光学厚度计算公式结合本地气压修正大气分子散射光学厚度；利用已有的软件计算得到相应的大气分子吸收光学厚度；

(4)通过以上分析得到其它波长整层的总光学厚度，进而得到整层大气透过率。

在本发明的一个优选实施方式中，上述步骤(3)中所使用的软件是高分辨率大气透过率计算软件，例如PcLnWin或FASCODE。

在本发明的一个优选实施方式中，上述利用软件计算大气分子光学厚度时，按本地实际测量结果输入相关大气参数。

在本发明的一个优选实施方式中，使用步骤(1)的方法测定多个符合条件的波长所对应的整层大气气溶胶光学厚度，所述的多个是指4-8个，优选是3-4个。

在本发明的一个优选实施方式中，上述步骤(3)中结合模式大气或本地实际测量计算得到大气分子散射光学厚度和大气分子吸收光学厚度。

本方法利用多波段太阳辐射计结合相关模式或本地实际测量结果及吸收光学厚度计算软件实现在紫外、可见以及红外波段的整层大气透过率反演，解决了在宽光谱测量激光整层大气透过率的问题。

具体实施方式：

根据Bouguer定律，在地面测得的给定波长太阳直射辐射E(W/m²)为：

E(λ)＝E₀(λ)·R·exp(-m(θ)·τ(λ))·T_g      (1)