专利名称：一种反演沙尘暴光学厚度的方法
技术领域：
本发明属大气环境监测领域，尤其涉及一种利用太阳辐射总表的观测结果反演沙尘暴光学厚度的方法。
背景技术：
沙尘暴光学厚度的观测技术分为二类一类是卫星遥感，另一类是地面观测。卫星遥感技术利用星载探测器观测数据反演沙尘暴光学厚度。其缺点是反演结果会受到地表反照率不确定性的影响。一般来说，卫星遥感技术的可靠性需要通过与地面观测进行比较对其加以验证。地面观测技术主要包括基于太阳直接辐射测量的太阳分光光度计观测技术和激光雷达观测技术。在沙尘粒子光学厚度较小时，太阳分光光度计激光雷达技术均可以用于反演沙尘暴光学厚度。但在沙尘暴，尤其是强沙尘暴的情况下，上述两种地面观测技术均不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种反演沙尘暴光学厚度的方法，其能够给出沙尘暴乃至强沙尘暴情况下沙尘粒子的光学厚度。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种反演沙尘暴光学厚度的方法，其方法步骤如下1)首先输入太阳辐射总表观测得到的辐射通量密度数据和观测时间以及观测地点；2)计算出与观测数据相对应的太阳天顶角；3)计算出不同沙尘粒子光学厚度对应的太阳辐射通量密度理论计算值与观测值的偏差；4)确定与最小偏差值对应的光学厚度。
本发明的优点是1、结果可靠性高，不会受到地表反照率等不确定性的影响。
2、适用性强无论是在浮尘或扬沙天气条件下，还是在沙尘暴(尤其是强沙尘暴)天气条件下，均可以反演沙尘粒子光学厚度。
图1为本发明反演沙尘粒子光学厚度的算法框图。
图2为本发明计算得到的到达地表的太阳总辐射通量密度随沙尘粒子光学厚度的变化关系图3为本发明实施例1沙尘天气能见度与反演沙尘暴光学厚度4为本发明实施例2沙尘天气能见度与反演沙尘暴光学厚度5为本发明实施例3沙尘天气能见度与反演沙尘暴光学厚度图具体实施方式
本发明反演沙尘暴光学厚度的方法，如图1所示，其方法步骤如下1)首先输入(利用管理计算机)观测时间(世界时)、观测地点(经度和纬度)及利用太阳辐射总表观测得到的辐射通量密度数据；2)根据观测数据计算与观测时间和观测地点相对应的太阳天顶角；3)求出不同沙尘光学厚度对应的太阳辐射通量密度计算值和太阳辐射总表观测值的偏差；4)找出与计算和观测值偏差为最小值时对应的沙尘粒子光学厚度。
上述的太阳辐射总表是一种能够观测太阳总辐射(太阳直接辐射+天空散射辐射)通量密度的仪器。仪器价格低廉，容易操作，中国气象局已经在全国范围内布设的98个太阳辐射观测站内使用该太阳辐射总表。
所述的步骤3中不同沙尘粒子光学厚度对应的太阳辐射通量密度理论计算值可现时计算，亦可预先将其制成数据库，适时查找确定。
经上述步骤得到某一太阳辐射观测站具体观测时间下确定的沙尘粒子光学厚度，将不同太阳辐射观测站同一观测时间下测定的各沙尘粒子光学厚度数据汇总起来即可绘制沙尘暴光学厚度空间分布图。
本发明的基本原理当空气中颗粒物(也称气溶胶)含量较低时，也即是清洁大气时，到达地地面的太阳总辐射通量密度较大。反之，当空气中颗粒物含量较高时，到达地面的太阳总辐射通量密度较小。因此，到达地面的太阳总辐射与空气中颗粒物的含量密切相关，或用大气光学的术语来说，与颗粒物的光学厚度有关。图2给出了计算得到的到达地表的太阳总辐射通量密度随沙尘粒子光学厚度的变化关系。在计算中，太阳天顶角取56°，沙尘粒子谱假定为Junge谱，Junge谱指数取3.8。沙尘粒子的复折射指数取为1.55-0.003i。计算所采用的辐射传输程序与现有技术所采用的计算程序相同，此处不再详述。由图1可以清楚地看出，在辐射通量密度已知的情况下，可以推导出沙尘粒子的光学厚度。
我们将上述方法应用于分析我国2002年春季沙尘天气(包括浮尘、扬沙和沙尘暴)条件下沙尘粒子光学厚度的空间分布(仅为内部实验)。结果如图3-图5所示(在图中同时给出了对应的能见度空间分布)，可以看出，两者有一定的相关性，说明我们的结果是合理的。由图还可以清楚地看出我国强沙尘天气主要发生区域的光学厚度，为研究沙尘粒子的气候、环境效应提供观测数据。
权利要求
1.一种反演沙尘暴光学厚度的方法，其特征在于方法步骤如下1)首先输入太阳辐射总表观测得到的辐射通量密度数据和观测时间以及观测地点；2)计算出与观测数据相对应的太阳天顶角；3)计算出不同沙尘粒子光学厚度对应的太阳辐射通量密度理论计算值与观测值的偏差；4)确定与最小偏差值对应的光学厚度。
2.根据权利要求1所述的反演沙尘暴光学厚度的方法，其特征在于取各个太阳辐射观测站内同时观测后确定的光学厚度数据绘制反演沙尘暴光学厚度图。
3.根据权利要求1所述的反演沙尘暴光学厚度的方法，其特征在于预先将所述的步骤3)中不同沙尘粒子光学厚度对应的太阳辐射通量密度理论计算值制成数据库。
全文摘要
本发明公开了一种反演沙尘暴光学厚度的方法，其方法步骤如下1)首先利用太阳辐射总表观测得到的辐射通量密度数据和观测时间以及观测地点；2)计算出与观测数据相对应的太阳天顶角；3)计算出不同沙尘粒子光学厚度对应的太阳辐射通量密度理论计算值与观测值的偏差；4)确定与最小偏差值对应的光学厚度；最后取各个太阳辐射观测站内同时观测后确定的光学厚度数据绘制反演沙尘暴光学厚度图。本发明结果可靠性高，适用性强。
文档编号G01B21/08GK1587907SQ20041005839
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月13日 优先权日2004年8月13日
发明者赵凤生, 李小青, 盖长松, 高文华 申请人:赵凤生, 李小青, 盖长松, 高文华