QX T 69-2007 大气浑浊度观测.太阳光度计方法.pdf

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1、中华人民共和国气象行业标准大气浑浊度观测要要要太阳光度计方法Measurementofatmosphericturbidity要Sun-photometricmethod中国气象局 发布2007-06-22发布 2007-10-01实施ICS 07.060A 47QX/T 69要2007PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 中华人民共和国气象行业标准大气浑浊度观测一一太阳光度计方法QX/T 69-2007 当&气象出版社出版发行北京Ilj中美村南大街46号邮政编码，100081网址，http:/cmp.cma

2、. gov. cn 发行部，010-68109198北京京科印刷布限公司印刷各地新华书店经销3唔开本，880X12301/16 印张，1字数，25千字2007年9月第一版2007年9月第一次印刷当&统一书号，135029-5363定价，10.00元如有印装差错由本社发行部调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68406301PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 目次前言.E引言.N 1 范围-2 规范性别用文件.3 术语和定义4 测量原理此测量仪器25 仪器安装和观测36 辅助观测37 数据处理和质量控制.38 资料存档文件.4附录A(资料性

3、附录)相关参数的计算方法附录B(规地性附录)兰利法校准附录C(规范性附录)太阳光度计的技术指标8参考文献.I PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 目U本标准向中同气象局提tf10本标准向中同气象局政策法规司归口。本标准附录A为资料性附录，附录B、C为规范性附录。本标准起草单位z中国气象科学研究院中国气象局大气成分观测与服务中心、北京大学物理学院大气科学系、中罔气象局大气探测技术中心。本标准主要起草人z颜鹏、李成才、杨沾、王炳忠、郑向东、贺晓雷。本标准为首次发布。旧旧PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-

4、2007 冒|大气浑浊度是对大气气溶胶减弱太阳辐射程度的一种度量，它一般用整层大气柱内的气榕肢光学厚度来表征。大气挥浊度不仅是指示太气透明程度的指标之一，也是气候变化研究中的重要参量。准确测量大气浑浊度，保证观测数据的可靠性和数据的可比性，是进一步研究气搭胶环境、气候效应的基础。测量大气气洛肢挥浊度(光学厚度)及其随波长的变化可以使用多种方法，其中太阳光度计方法是测量大气挥浊度的一种较为常用的方法。本标准仅规范使用太阳光度计测量大气挥浊度的方法。V PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 大气浑浊度观测一一太阳光度计方法QX/T 69-2007 1 范圄本标准规定f使用太

5、阳光度计测量大气挥浊度(大气气溶肢光学厚度)的仪器技术指标、安装方法、观测程序、仪器校准、数据处理等。本标准适用于气象现测台站及其他有关部门对大气挥浊度的观测。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不住H期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB3102. 6 - 93 光及有关电磁辐射的量和单位GB12936.1-91 太阳能热利用术语3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3. 1 辐射通量radia

6、nt flux 以牺射形式发射、传播或接收的功卒，单位为瓦(W)。3.2 辐照度辐射通量密度)irradiance 照射到表面一点处的面元上的辐射能通量除以该面元的面积，单位为瓦每平方米(W/m2)。3.3 分光辐照度spectral irradiance 在给定波长附近的无穷小范围内，辐射照度与该波长间隔之商，单位为瓦每平方米(W1m2m) 3.4 散射scattering 辐射与物质的一种相互作用，作用后辐射束分散为许多方向，但总辐射能量维持不变。3.5 散射系数scattering coefficient 表示因散射造成辐射能量衰减程度的物理量，单位为负一次方米(m-1)。3.6 瑞利散

7、射Rayleigh scattering 辐射与尺寸远小于辐射披长的位于相互作用引起的散射现象。3. 7 眼收系数absorption coefficient 表示因介质吸收造成辐射能量衰减程度的物理量，单位为负一次方米(m-1)。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 3.8 消先extinction 辐射在介质中传播时，国介质的散射和服收而造成的牺射能量袁戚。3.9 消光系数extinction coefficient 散射系数和吸收系数的总和。表示因介质散射和吸收造成传输方向上辐射能量总衰减程度的物理量，单位为负一吹方米(m一忡。3. 10

8、 大气光学质量。pticalair mass 斜程路径方向的大气质量与天顶方向路径上的大气质量之比。3. 1 1 光学厚度。pticalthickness 辐射在介质中传输时两点之间路径上消光系数沿光程的积分量，为元量纲量。3.12 大气气溶肢光学厚度atmospheric aerosol optical depth 整层大气因气溶胶散射和服收造成的总光学厚度。3. 13 大气浑浊度atmpheric tnrbidity 除云滴、雨滴、冰晶之外的大气悬浮物对太阳辐射消减程度的一种量度，反映了晴空下整层大气的透明程度，用大气气搭腔光学厚度来表示。3.14 埃斯特朗浑浊度系数Angstrom tn

9、rbidity coefficient 表示大气挥浊度的物理参数，其数伯等于波长为1m处的大气气恪胶光学厚度。3.15 许埃蕾浑浊度因子Schepp turbidity factor 表示大气挥浊度的物理参数，其数值等于波长为O.5m处的大气气溶肢光学厚度。3.16 太阳天顶角zenith angle 太阳与天顶之间的夹角。4 测量原理及测量仪器4. 1 测量原理太阳光度计通过对太阳直接辐射的测量来确定气搭肢光学厚度及其随波长的变化z Vo (】飞, () = ， ln(三l11 ，一)-rR() -r,. o.) m() -, VOJ .由、/唱-EJr飞. . . . . . . . .

10、. . 式中zr.ro ().)一一大气气榕胶光学厚度;A一一测量波长pm()一一大气光学质量(计算方法见附录A); 。一一太阳天顶角(计算方法见附录A);一一日地距离校正因子(计算方法见附录A);V()，)一一中心波长为的太阳光度计传感器给出的电压信号;Vo ()一一假想中心波长为的太阳光度计在大气上界进行测量时，传感器给出的电压信号。可2 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 以通过仪器校准获得，如用兰利Oangley)法校准(见附录B)。rRO.)一一垂直气柱内由于气体分子的瑞利散射造成的光学厚度(计算方法见附录A);r，O.)一一垂直气

11、柱内由于气体分子股收造成的光学厚度(计算方法见附录A);4.2 测量仪器4.2.1 测量波长太阳光度计采用干涉滤光片选择测量通道，其中心波长一般为368nm、412nm、500nm、862nm 和1020nm等，在这些波段受吸收性气体干扰的影响较小。4.2.2 自动跟踪型太阳光度计自动跟踪型太阳光度计的自动跟踪太阳装置应同时具备回象限传感器的主动跟踪能力和内置太阳位置计算程序的被动跟踪能力，以防止在多云天气转为晴天时元法跟踪戚误跟踪。另外还需要具备雨滴感应防护功能，以避免雨天观测而导致雨水进入仪器。4.2.3 手动型太阳光度计于动型太阳光度计一般应内置披段转换装置或者多光路滤光系统，能通过操作

12、面板或计算机软件设定数据质量控制程序的关键参数。4.2.4 其他技术要求自动跟踪型和手动型太阳光度计都应保证其传感器工作稳定，并具有灵敏的线性响应特性。视场角不宜过大，以确保光路对准太阳。应配备精密数据采集系统和数据处理质量保证程序。附录C列出了常用太阳光度汁的技术指标。5 仪器安革和观测5. 1 自动跟踪型太阳光度计要求安装在开阔场地、台面水平、方位正确，远离气搭腔糠区。将安装地点的准确经纬度输入跟踪控制程序，确认仪器能准确地跟踪太阳。至少每15min进行一次太阳直接辐射的观测，得到35个观测数据记录。5.2 手动型太阳光度计观测应选择在日面元云时进行，仪器须准确对准太阳。J般每日观测不少于

13、3次，二次观测时间可分别在测站所在时区的地方时09:00、12:00、15:00进行。遇到太阳暂时被云块遮蔽的情况，观测员可适当调整观测时间(如可能，可适当提前或推后一段时间，尽量争取一天至少3次的现棚，但两次观棚时间至少相差1h)。每次观测须在3min内完成，至少连续读取5个观测数据，以便于在数据处理中排除云的影响。现测前需要进行暗电流测量。观测同时记录目测天空云量、云状。观测人员需要具备目测识别云和操作仪器对准太阳的基本操作技能。6 辅助观测观测站点应具备相应的气压和温度观测记录。因500nm和其他短波窗区通道受臭氧影响，必须获得臭氧柱浓度的信息。可利用临近的臭氧总量测站或本站肉身的相应观

14、测设备，以提供臭氧的相关数据。注:在不具备辅助观测条件的台站，建议选择具有删量水汽、臭氧通道的太阳光度计，或者收集公开左布的卫星观删资料，以获得数据iT正所必需的水汽、臭氧资料P7 数据处理和质量控制7. 1 数据处理3 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 数据处理程序应具备兰利法校准以及分子散射和分子吸收等的r正功能。7.2 质量控制措施7.2.1 校准仪器初次使用前应采用兰利法校准或与其他经校准的仪器比对。长期使用时，每年至少应该进行一吹检测，确保仪器常数的稳定。进行兰利法校准的具体要求见附录Ro7.2.2 云干扰影晌的排除一般从连续记录

15、的稳定性上可分析出由于跟踪太阳不准或云干扰影响带来的数据质量问题。对手动太阳光度计的每次观测的5个连续记录，其500nm波长处气溶胶光学厚度的相对偏差应小于10%或绝对误差在土0.05之内。对自动跟踪型太阳光度计，其每次观测连续记录的相对偏差也应小于10%或绝对误差在士0.05之内。7.2.3 定期检查与维护现副设备元论是向动跟踪型还是手动型太阳光度计，均需要每日清沾镜头，尤其在扬尘比较重的地区和季节更要如此，以避免镜头不清沾而影响对太阳辐射的准确测量。发现观测设备的工作状态异常应立即调整并记录在册。8 资料存档文件资料存档文件含文件头和数据记录两部分。文件头中应该包括z仪器型号、观测日期、地

16、点(经纬度、拨海高度)、观测员和负责人姓名、仪器通道信息和校准参数、数据记录格式说明等。数据记录中应该包括:观测时间、地面气压、相对湿度、仪器原始感应电压、暗电流信号、分波段气溶胶光学厚度等。手动型太阳光度计的数据记录还应该包括同时目测的天空云量、云状以及云、雾、疆、姻、尘等夭气现象记录。向动跟踪型太阳光度计数据记录中的天空云量、云状以此云、芽、磊、烟、尘等天气现象记录从观测站点的地面气象现测资料中抄录。4 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 附录A资料性附录)相关参颤的计算方法儿1日地距离校E因子a国地平均距离rm约为1.496Xl06km

17、Q日地距离校正因子a为日地平均距离与实际的目地距离r之比的平方=a = (rm/r)2 (A. 1) 可向天文学上的近似公式计算za = 1. 000 109 + 0.33 494cosX + 0.004 172sinX + o. 000 768cos(2X) + 0.000 079sin(2X归1/2(A. 2) 式中zX一一地球公转所对应的弧度，由下式计算:户一- X (A. 3) 式中zDT一一当年的总H她D 观测日在一年中的日数(如1月1日，D=1) Q A.2 大气光学质量m()假设大气为平面平行分层时，大气光学质量与太阳天顶角的余弦成反比，可用以下经验公式计算:m(0)1 (A.

18、4) 式中zO一一太阳天顶角，单位为度(勺。式(A.4)中的cos8由下式计算=cos8 = sinsi+ cos伊coscosw(A. 5) 式中zp一一观测地点的地理纬度ps一一太阳赤纬p一一时角，每日24小时对应变化范围为OO3600，正午时为O.c 式(A.5)中S可由天文学上的近似公式计算z = 0.006 894 - 0.399 512sX + 0.072 075sinX + 0.006 799cos(2X) + 0.000 896sin(2X) - O. 002 689cos(3X) + 0.001 516sin(3X) (A.6) 式中zX一一同公式(A.3) Q A.3 大气

19、分子瑞利散射光学厚度垂直气柱内大气分子在波长处的瑞利散射光学厚度可由下式计算=R().) =去XO川f(A. 7) 式中zP一一实际地面气压，单位为百帕(hPa); Po 标准状态时的气压，Po=1013. 25 hPao 5 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 A.4 大气中眼收气体的光学厚度也)对吸收气体，因其光学厚度与吸收气体在太阳光度计各波段的吸收系数有关，应分别计算不同披段上吸收气体的光学厚度。太阳光度计测量中主要的吸收气体为臭氧和水汽，对其影响目前所使用的太阳光度计都配有相关的计算模块。A.5 埃斯特朗浑浊度系数p当通过太阳光度计

20、测量得到两个不同波长1、z处的气搭胶光学厚度阳10(1 )和r.ro(,2 )时，求解以下方程组，即可得到埃斯特朗挥浊度系数卢z6 式中z(卢=叫)从卢=r .ro ()2 ) /2 u 波长指数，其数值与气搭腔平均半径有关。(A.8) PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 其中附录B(规范性附景)兰利法校准根据4.1节中的公式(1)，可以得到下面的表达式zln(VC) = ln(a. VoC.) -m(的()QX/T 69-2007 (R. 1) ,().) = r，().) +rROJ +, 0 ,) (B.2) 兰和j法校准就是根据(B.1)式，将在不同的m.(的

21、下测得的一系列V().)值外推至m(的=0以得到vo()的值。需要强调的是，只有在测量过程中()为常数，才能得到可靠的结果，因此兰利法校准一般选择在特别晴好天气条件下的高拔海台站进行，井假定当地的气溶胶光学厚度无明显的日变化。注1.并非所衔的测站均居合应用兰利法校准。因此，更为经常采用的办法是用一个通过兰利法校准过的太阳光度汁作为传递标准仪器，定期地对其他太阳光度叶进行同步比对来实施校准。注z:除兰利法外，还可以应用标准光耀法，即在实验室内利用标准光源对特定波长F仪器的参数进行校准E此外还有一些高准确度的绝对校准法，诸如用低温辐射表作为基准检测器的方法。7 PDF 文件使用 pdfFactor

22、y Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 附录C(规范性附景)太阳光度计的技术指标C.l 手持型太阳光度计表1手持型太阳光度计技术指标性能指标分辨率0.1 W/m 准确度1 ,% -2,% 非线性度不大于0.002，%FS(满量程，20位以上A/D转换)视场角2.50 滤光片半宽度不大于10nm C.2 自动跟踪型太阳光度计表2自动跟踪型太阳光度计技术指标性能指标跟踪方式4象限测民主动跟踪+被动跟踪，准确度高于0.1分辨率0.1 W/m 准确度1 ,% -2% 非线性度不大于0.002，%FS (满量程，20位以上A/D转换)视场角不大于1.5。滤光片半宽度不大于10nm 环境温度- 30C 50C 8 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 QX/T 69-2007 参考文献1J 盛裴轩，毛节泰，李建国，张蔼琛，桑建国，潘乃先.大气物理学.北京z北京大学出版社，2003.2J WMO, WMO TD No. 1073.全球大气监测观测指南.中同气象局监测网络司编译.北京z气象附版社，2003.3J 国际电工委员会.国际电工词典z第45组照明.北京:科学出版社，1983. 4J 大气科学辞典编委会.大气科学辞典.北京z气象出版社，1994.9