【摘 要】
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气溶胶光学厚度作为描述大气气溶胶光学特性的重要物理参量之一,其准确评估对于天气污染、辐射强迫及气候变化等研究具有重要的意义。由于仪器固有的接收视场角,导致进入仪器的辐射量除直接辐射外,还包括部分多次散射(尤其在紫外波段)。因此考虑紫外波段多次散射对气溶胶光学厚度反演的影响,对于获得较可靠、精确、全面地气溶胶光学厚度具有重要意义。论文开展紫外波段315nm-400nm气溶胶光学厚度的研究:首先根据典
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:61705180);
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气溶胶光学厚度作为描述大气气溶胶光学特性的重要物理参量之一,其准确评估对于天气污染、辐射强迫及气候变化等研究具有重要的意义。由于仪器固有的接收视场角,导致进入仪器的辐射量除直接辐射外,还包括部分多次散射(尤其在紫外波段)。因此考虑紫外波段多次散射对气溶胶光学厚度反演的影响,对于获得较可靠、精确、全面地气溶胶光学厚度具有重要意义。论文开展紫外波段315nm-400nm气溶胶光学厚度的研究:首先根据典型性气溶胶的散射特性参数,利用蒙特卡罗模型分析不同条件下多次散射对气溶胶光学厚度造成的误差,并进行结果验证;然后利用该方法实现太阳光度计POM-02的气溶胶光学厚度多次散射的校正以及典型天气的特例分析;最后使用POM-02的315nm气溶胶光学厚度为目标值和340nm-1020nm的气溶胶光学厚度为特征变量建立LSTM预测模型,实现对315nm气溶胶光学厚度的可靠预测,获得北京、徐州等地区315nm的气溶胶光学厚度,为AERONET网站315nm气溶胶光学厚度的需求提供数据支撑和方法论。论文通过Mie散射理论获得四种典型气溶胶(沙尘性,海洋性,水溶性,煤烟)的散射相函数、不对称因子和单次散射反照率等参数。结合蒙特卡罗模型进行紫外波段多次散射的计算,并利用校正因子和SBDART模式对计算结果进行了验证和分析。紫外波段多次散射对气溶胶光学厚度造成的误差随着波长的减小、气溶胶光学厚度的增加而增加。沙尘性和海洋性气溶胶在紫外波段(315nm,340nm,380nm,400nm)多次散射造成的平均相对误差分别为 15.5%、14.3%、12.8%、12.1%和 6.3%、6.0%、5.6%和 5.4%,水溶性气溶胶和煤烟气溶胶多次散射效应可忽略不计。以构建的蒙特卡罗模型为基础,实现太阳光度计POM-02气溶胶光学厚度真实值的反演。统计分析发现,多次散射对气溶胶光学厚度造成的平均误差,呈现随着波长的减小而增加,在315nm时最大为16.1%,在400nm时最小为13.9%;随着气溶胶光学厚度的增加而增大,在紫外波段光学厚度大于2.2时达到30%以上;随着天顶角的增加呈现先减小后增加的趋势。在典型天气分析中,沙尘天、雾霾天、清洁天紫外波段多次散射造成的相对误差范围分别为 18.2%-16.0%、15.5%-13.1%、和 8.2%-6.3%。分析西安地区POM-02与CE318在340nm-1020nm气溶胶光学厚度在不同污染天气下的相关性,相关系数均在0.94以上。使用POM-02气溶胶光学厚度建立315nm气溶胶光学厚度的预测模型,实现CE318太阳光度计315nm的气溶胶光学厚度的预测。利用LSTM预测模型对西安地区、北京地区和徐州地区CE318的315nm气溶胶光学厚度进行预测,315nm气溶胶光学厚度预测值与其他波段气溶胶光学厚度的变化趋势高度吻合,表明预测结果可信。
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