一种实时观测大气透射率的方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种实时观测大气透射率的方法与系统，具体为：1）通过利用被动遥感的太阳辐射计、主动遥感的激光雷达、自动的气象变送器和能见度仪，即时测量所处地域的大气气溶胶数据和气象条件；2）将所测量的数据进行匹配，使用一个动态时间周期内的最近邻时间匹配法则进行多数据协同使用；3）基于观测数据建立大气分层的廓线，或者大气整层含量信息，实时计算观测位置到目标位置之间的光谱透射率和光谱平均透射率。本发明用更为精确的观测结果耦合到MODTRAN辐射传输模型中，实时计算获取大气透射率。本发明能够实现大气透射率的实时测量与计算的目标，实时处理观测数据，快速计算大气任意位置之间的透射率光谱。
【专利说明】一种实时观测大气透射率的方法与系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实时观测大气透射率的方法与系统。
【背景技术】
[0002]大气透射率(或称大气透过率)描述了穿过某个厚度的大气介质层的电磁辐射与入射电磁辐射之间的比例。大气透射率是反映大气光学特性的一个重要参数，在大气辐射、地球资源遥感、环境监测、空间目标监测等领域的应用中具有重要参考价值。在多数情况的实际应用中，实时大气透射率无法测量，人们通常在已知大气吸收气体含量、气溶胶光学特性和空间分布特性的情况下，依靠大气辐射传输软件计算获得大气透射率。目前，行业内最流行且最精确的软件是美国空军地球物理实验(AFGL)开发的M0DTRAN软件。该软件从L0WTRAN发展而来，具有更高的光谱分辨率(2cm—1)，同时嵌入了全球6种大气廓线的平均统计模式，多种气溶胶类型。然而，这种模型很难用于大气透射率实时测量与计算的应用中。仅靠大气系统的统计平均模式很难精确定量描述，较精确的结果要通过实验观测获得，尤其迫切需要实时确定大气气溶胶的含量、垂直廓线分布及温度、湿度等气象参数。这些因素中，气溶胶是全球气候变化影响中最不确定的一个因素(IPCC，2007)，若能实时获取大气气溶胶信息，则可以最大限度地减少计算中的不确定性。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种精确度大大提高的实时观测大气透射率的方法，本发明的另一目的在于提供一种实施上述方法的实时观测大气透射率的系统。
[0004]为实现上述目的，本发明一种实时观测大气透射率的方法，具体为:
[0005]I)通过利用被动遥感的太阳辐射计、主动遥感的激光雷达、自动的气象变送器和能见度仪，即时测量所处地域的大气气溶胶数据和气象条件；
[0006]2)将所测量的数据进行匹配，使用一个动态时间周期内的最近邻时间匹配法则进行多数据协同使用；
[0007]3)基于观测数据建立大气分层的廓线，或者大气整层含量信息，实时计算观测位置到目标位置之间的光谱透射率和光谱平均透射率。
[0008]进一步，所述太阳辐射计测量太阳直射光时，有:
【权利要求】
1.一种实时观测大气透射率的方法，其特征在于，该观测方法具体为: 1)通过利用被动遥感的太阳辐射计、主动遥感的激光雷达、自动的气象变送器和能见度仪，即时测量所处地域的大气气溶胶数据和气象条件； 2)将所测量的数据进行匹配，使用一个动态时间周期内的最近邻时间匹配法则进行多数据协同使用； 3)基于观测数据建立大气分层的廓线，或者大气整层含量信息，实时计算观测位置到目标位置之间的光谱透射率和光谱平均透射率。
2.如权利要求1所述的实时观测大气透射率的方法，其特征在于，所述太阳辐射计测量太阳直射光时，有:
3.如权利要求2所述的实时观测大气透射率的方法，其特征在于，所述太阳辐射计测算中消除的影响精度的因素包括日地距离订正，高精度太阳天订角计算，大气质量数计算，滤光片透过率廓线计算，通道温度系数校正，Rayleigh光学厚度计算，臭氧含量、水汽含量、气体吸收校正，时间偏移订正，高精度定标系数获取，最终反演得到的气溶胶光学厚度精度优于 0.02-0.04。
4.如权利要求1所述的实时观测大气透射率的方法，其特征在于，所述激光雷达测量得到高度r处的回波信号为:
5.如权利要求4所述的实时观测大气透射率的方法，其特征在于，所述激光雷达测量中，针对大气不均匀的情况，假设气溶胶消光系数与后向散射系数间有如下关系:S=aa(r)/i3a(r)，而aa(r)的积分就是不同高度范围内的气溶胶光学厚度；以太阳辐射计测得的整层大气光学厚度为迭代光学厚度标准约束条件，以气溶胶消光与后向散射比为迭代变量，迭代反演出气溶胶消光系数垂直分布。
6.如权利要求1所述的实时观测大气透射率的方法，其特征在于，所述步骤3)具体为:假设大气水平均匀，在垂直高度上划分为N层，对于每一层大气，依据Pierluissi和Maragoudakis的分子透射率波段模型,可知在光谱范围Δν分子透射率为:Ta=exp {-(CW)I，其中W和C是与温度、压力和吸收密度有关的函数，a是标定参数； 特定光谱、波数为V的分子散射消光系数近似计算公式为:Kms=v4/(9.26799.IO18-L 07123.IO19.v2)，气溶胶的消光系数假设为Kas，因此分子和气溶胶散射的透射率为:Ts=eXp{-(Kms+Kas) □ S};在光谱区间内总的透射率为大气各个成分的吸收与散射透射率的乘积，即:T= Π Ti。
7.一种实时观测大气透射率的系统，其特征在于，包括太阳辐射计、激光雷达、能见度仪、气象变送器和工控计算机，其中，太阳辐射计通过观测及对观察进行处理，反演获得大气整层的气溶胶光学厚度；激光雷达获取雷达监测参数，利用该参数约束反演获取大气分层的消光廓线；能见度仪用于观测近地面的水平能见度；气象变送器用于观测近地面的气象参数；各个数据均传输至工控计算机进行存储、计算，对多传感器数据进行匹配，使用一个动态时间周期内的最近邻时间匹配法则进行多数据协同使用，基于观测数据建立大气分层的廓线，或者大气整层含量信息，实时获得观测位置到目标位置之间的光谱透射率和光谱平均透射率。
8.如权利要求7所述的实时观测大气透射率的系统，其特征在于，所述太阳辐射计为CIMEL CE318 型号。
9.如权利要求7所述的实时观测大气透射率的系统，其特征在于，所述激光雷达为CIMEL CE370 型号。
10.如权利要求7所述的实时观测大气透射率的系统，其特征在于，所述能见度仪为Vaisala PWD20型号 ，所述气象变送器为Vaisala WXT520型号。
【文档编号】G01S17/95GK103698305SQ201310744993
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】许华, 李正强, 李东辉, 吕阳, 侯伟真, 李莉, 张莹 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所