發(fā)布時間：2020-11-19 03:53

　　 基于中國氣溶膠遙感觀測網(wǎng)(CARSNET)CE-318自動跟蹤太陽光度計936nm水汽通道和870nm、1020nm非水汽通道,利用大氣狀況處于晴朗、穩(wěn)定無云且大氣質(zhì)量數(shù)在2到5之間的直接太陽輻射觀測數(shù)據(jù),在考慮氣壓、海拔高度、波長和氣溶膠光學厚度(AOD936nm)等敏感性參數(shù)對定標結(jié)果影響的情況下,對936nm水汽吸收通道進行了標定方法研究。利用三種算法反演了北京地區(qū)的大氣含水量,并將反演結(jié)果與全球氣溶膠監(jiān)測網(wǎng)(AERONET)水汽產(chǎn)品進行了對比。分析結(jié)果表明:936nm通道標定結(jié)果較出廠值有所偏差,本文結(jié)果與出廠值相差4%左右。水汽反演結(jié)果表明,AERONET與三種方法反演得到的水汽含量(PWV)都有著較高的相關(guān)性。AOD500nm和PWV月平均值變化趨勢基本一致,兩者均在7月達到最大值,12月達到最小值。AOD500nm和PWV的季節(jié)平均變化趨勢一致,基本特征都表現(xiàn)為夏季秋季春季冬季。此外,波長指數(shù)(α440-870)VS AOD500nm、α440-870 VS PWV和AOD500nm VS PWV的季節(jié)變化表明:北京地區(qū),AOD500nm在4個季節(jié)均呈現(xiàn)隨PWV增加而增大的變化特征,表明了氣溶膠細粒子的吸濕增長特性。夏季主要以細粒子為主,而春季、秋季和冬季都是以粗粒子和細粒子混合為主,表現(xiàn)出了典型的城市氣溶膠特性�；�于2011年至2013年中國地區(qū)典型城市站點GPS、探空、MODIS和AERONET太陽光度計反演大氣含水量數(shù)據(jù),評估了4種產(chǎn)品的數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度。評估結(jié)果表明:GPS與探空水汽含量之間的相關(guān)系數(shù)在白天(R2=0.98)比晚上更高(R2=0.97),白天平均的偏差(Bias)、標準差(STD)和均方根誤差(RMSE)分別為-0.03mm、2.36mm和2.60mm,而晚上三者分別為-0.23mm、2.76mm和2.95mm,說明GPS水汽較探空水汽輕微偏低,晚上更為明顯。MODIS水汽含量與GPS和探空水汽含量呈現(xiàn)了同樣的相關(guān)性(R2=0.88)。此外,MODIS近紅外水汽含量較GPS和探空水汽含量均偏高,MODIS近紅外水汽含量與GPS水汽含量之間的偏差(Bias=1.50mm,RMSE=5.76mm)比MODIS近紅外水汽含量與探空水汽含量之間的偏差更大(Bias=0.75mm,RMSE=5.31mm)。AERONET水汽含量與GPS、探空和MODIS水汽含量之間均呈現(xiàn)了高相關(guān)性,三者相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.970、0.962和0.923,RMSE分別為2.53mm、3.67mm和4.39mm。北京地區(qū),AERONET水汽含量與探空、GPS和MODIS水汽含量之間的Bias分別為-0.09mm、-1.82mm和-1.54mm,表明AERONET水汽含量在北京地區(qū)都較其他三種PWV產(chǎn)品偏低。對中國地區(qū)大氣含水量時空分布進行了詳細分析工作,研究結(jié)果表明:中國地區(qū)大氣含水量分布具有明顯的地理差異,基本呈現(xiàn)東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸遞減的分布特征。受夏季風的影響,中國區(qū)域PWV分布具有明顯的季節(jié)性差異,其中在夏季最多,秋季和春季次之,而在冬季最小。整體而言,2001-2015年中國地區(qū)年平均PWV比1979-2000年減少明顯,最大差值區(qū)位于華中、華東和華南等地區(qū),最大年平均差值能達到-3mm。利用1979年至2015年中國地區(qū)月平均探空PWV數(shù)據(jù)和15年的月平均MODIS-PWV數(shù)據(jù)(2001-2015年)來分析整個中國區(qū)域大氣含水量的時空分布特征及演變趨勢。結(jié)果表明,1979-1999年中國地區(qū)PWV呈現(xiàn)明顯遞增趨勢(通過了95%的置信度檢驗),最大的區(qū)域平均增長趨勢發(fā)生在夏季,增加趨勢值為0.110 mm/year。而2000-2015年中國大多數(shù)地區(qū)均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(通過了95%置信度水平檢驗),最大的下降趨勢發(fā)生在冬季,下降趨勢值為-0.170 mm/year。近15年的MODIS-PWV趨勢分析表明,類似的,2001-2015年中國大多數(shù)地區(qū)同樣呈現(xiàn)了下降趨勢,區(qū)域平均下降趨勢約值為-0.061 mm/year。此外,不同城市站點趨勢分析表明:1979-1999年和2000-2015年大氣含水量趨勢均表現(xiàn)為主要城市站點省會城市站點郊縣站點。根據(jù)1979至2014年中國地區(qū)160個地面站月平均地表溫度數(shù)據(jù)和美國特拉華大學全球月平均地表溫度格點數(shù)據(jù)分析整個中國區(qū)域地表溫度變化趨勢及其與大氣含水量之間的相互關(guān)系。中國地區(qū)地表溫度在1979-1999年期間呈現(xiàn)明顯上升趨勢,年平均上升幅度大約為0.047℃/year,通過了置信度為95%的信度檢驗。在2000-2015年期間,上升趨勢明顯減弱,中國大多數(shù)地區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢,該現(xiàn)象與2000年以后全球地表溫度上升速率減緩現(xiàn)象保持一致。中國大部分地區(qū)年平均大氣含水量與地表溫度之間存在高相關(guān)性,多數(shù)區(qū)域年平均大氣含水量上升(下降)趨勢均對應著年平均地表溫度的上升(下降)趨勢。2001至2015年中國地區(qū)大氣含水量與地表溫度之間的相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性差異,最大的區(qū)域平均相關(guān)系數(shù)發(fā)生在冬季,相關(guān)系數(shù)為0.732(通過了95%置信度水平檢驗),而最小的相關(guān)系數(shù)發(fā)生在春季,相關(guān)系數(shù)為0.546(通過了95%置信度水平檢驗)。
【學位單位】：成都信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：P407;P426
【部分圖文】：

圖 2-1 北京地區(qū) 2015 年 2 月 5 日，AOD 在不同波段（440 nm,500 nm,670 nm,870 nm,936 nm和 1020nm）處的時間序列圖。由圖 2-2 可知，除了 AOD 上升，會使定標結(jié)果偏低以外，其余參數(shù)取值變化都會使定標結(jié)果偏高。其中，中心波長由 937nm 變化到 940nm 時，誤差變化僅為 0.013%~0.054%。當壓強取值由 1000hpa 降低至 850hpa 時，定標結(jié)果會隨著壓強降低而升高，誤差范圍為 0.072%~0.432%。當高度取值由 500m 升高到3000m 時，定標結(jié)果會隨著高度升高而升高，誤差范圍為 0.118%~0.749%。當AOD 數(shù)值分別升高 2.5%和 5% 時，誤差大約為 -0.220%和 -0.439%。而當 AOD數(shù)值分別下降 2.5%和 5%時，誤差大約為 0.220%和 0.441%。試驗結(jié)果表明：海拔高度 H、壓強 P、AOD936nm取值的不同對定標結(jié)果影響較大，而波長在 936nm~940nm 之間取值時，對定標結(jié)果幾乎沒有影響。因此，為了使 936nm 水汽通道標定值更加精確，我們必須將這些可能會對定標結(jié)果產(chǎn)生影響的敏感性參數(shù)（壓強 P，海拔高度 H，AOD936nm）考慮進去。

圖 2-2 2 月 5 日敏感性參數(shù)變化對定標結(jié)果影響結(jié)果圖2.3.3 數(shù)據(jù)處理及標定結(jié)果（1） 數(shù)據(jù)篩選數(shù)據(jù)篩選滿足以下三個條件：（a）選取晴朗無云、大氣穩(wěn)定且氣溶膠含量較小(AOD500nm<0.2)天氣條件下的直接太陽輻射觀測數(shù)據(jù)。（b）選取時間為上午 8~10 點的數(shù)據(jù)，因為上午 10 點之前大氣層相對穩(wěn)定，10 點之后湍流運動加強。（c）選取大氣質(zhì)量數(shù) 2≦m≦5 的數(shù)據(jù)，敏感性試驗結(jié)果表明：當 m<2 時，湍流運動加強，將把地面氣溶膠帶入空中，影響定標的結(jié)果；而當 m>5 時，信號太弱，這時會產(chǎn)生一些誤差點，這些點將對定標結(jié)果帶來-2%~3%左右的誤差。（2） 數(shù)據(jù)處理太陽光度計 936nm 水汽通道標定的關(guān)鍵是標定日當天大氣中有較低而且穩(wěn)

圖 2-3 936nm 水汽通道標定結(jié)果（3） 定標結(jié)果與出廠值對比通過對符合篩選條件的 5 個晴空日太陽光度計 936nm 水汽通道進行定標，分別得出了這 5 天 936nm 通道定標值 V0，定標結(jié)果與出廠值對比如表 2-1 所示。表 2-1 936nm 通道標定值與出廠值對比標定值（V0） 出廠值（V0） 標定值/出廠值（標定值–出廠值）/出廠值（%）2 月 5 日 16608 17690 0.939 6.12 月 11 日 16327 17690 0.923 7.72 月 18 日 17714 17690 1.001 0.13 月 9 日 18125 17690 1.024 2.53 月 21 日 16173 17690 0.914 8.6平均值 16990 17690 0.96 3.96標準偏差 783 - 0.04 -相對標準偏差(%) 4.6 - 4.5 -
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3 尚瓊珍,欒蒂,李景謙,錢銅鈴,李玉蘭;云南天文臺鳳凰山大氣含水量全年測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析[J];云南天文臺臺刊;1999年01期

4 李延興,徐寶祥,胡新康,何平,黃永詳;用地基GPS觀測站遙測大氣含水量和可降雨量的理論基礎(chǔ)與試驗結(jié)果[J];中國科學(A輯);2000年S1期

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本文編號：2889657