气溶胶前向散射大气能见度测量系统传递系数的标定及校准方法_王缅VIP专享VIP免费

第34卷第3期2008年5月光学技术OPTICALTECHNIQUEVol.34No.3May2008文章编号:100221582(2008)0320334204气溶胶前向散射大气能见度测量系统传递系数的标定及校准方法Ξ王缅,刘文清,陆亦怀,陈军,程寅,连翠华,王亚萍,刘建国(中国科学院环境光学与技术重点实验室,中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥230031)摘要:分析了气溶胶的前向角散射特性,利用标准的大气透射仪标定前向散射大气能见度测量系统的传递系数。当系统结构发生变化时,传递系数也随之改变,为保证系统测量的准确性和简化系统传递系数的标定过程,提出了一种利用标准漫透射板校准系统传递系数的方法。该方法使用了两块具有相同透射系数的漫透射板,使气溶胶粒子团在前向半球上产生漫散射,此时探测器的测量值即为包含了仪器常数的定值。当系统结构改变时,这个测量值相对于原测量值的变化率作为比例系数代入系统传递系数的计算,实现校准。关键词:前向散射;大气能见度;大气消光系数;角散射;传递系数;标定;校准中图分类号:O436.2文献标识码:ACalibrationandcorrectionmethodsforthetransformcoefficientsoftheatmosphericvisibilitysystembyaerosolforward2scatteringtheoryWANGMian,LIUWen2qing,LUYi2huai,CHENJun,CHENGYinLIANCui2hua,WANGYa2ping,LIUJian2guo(AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,China)Abstract:Thecalibrationsystemusesastandardtransmissometertocalibratethetransformcoefficientsoftheatmosphericvisibilitysystembyaerosolforward2scatteringtheory.Whenthestructureofthevisibilitysystemchanged,thetransformcoeffi2cientsmayalsochanges.Toguaranteetheaccuracymeasurementandtosimplifythecalibrationprocessofthevisibilitysystem,acorrectionmethodforthetransformcoefficientsispresented.Thecorrectionsystemusestwodiffusionboardswiththesametransmissioncoefficienttodiffusethelightthatpassedtheaerosols.Thedetectorofvisibilitysystemmeasuresthediffusedlightwhichconsisttheinstrumentalconstant.Whenthestructureofthevisibilitysystemchanged,thepercentagechangeofthedif2fusedlightasaratioismultipliedbytheoriginaltransformcoefficientstocorrectthesystemtransformcoefficients.Keywords:forward2scattering;atmosphericvisibility;atmosphericextinctioncoefficient;anglescattering;transformco2efficients;calibration,correction0引言能见度指视力正常的人,在当时的天气条件下,能够分辨出目标物的最远距离。它与目标物和背景的光学特性、观测路径上的大气品质,以及观测角度等因素有关。在气象学中,评判能见度的主要参量是大气消光系数。假定观测人员和地平线上目标物之间的大气水平均一,则认为整个观测路径上的大气消光系数相等,由Koschmeider(1924)提出的大气水平能见度公式为[1]Vis=-lnεσ=-2.996σ(1)式中Vis是大气水平能见度(单位:km);σ是大气水平消光系数(单位:km-1);ε是视觉对比域[1,2](根据国际气象组织的规定,ε=0.05)。依据国际上的通用定义,大气消光系数σ是色温2700K的白炽光源发出的平行光束在大气中传播单位距离长度所损失的光通量比率[3]。它是大气分子和粒子的吸收和散射造成的光通量的衰减的量度。由Bouguer2Lambert定律定义[3]I=I0e-σL(2)式中I0是光经过大气前(L=0)的入射光强,它是点光源在给定方向上发射的单位立体角内的光通量(单位:W·sr-1);I是I0经过大气距离L衰减后的透射光强(单位:W·sr-1);e-σL是大气水平路径为L的透射系数,它指一光束在通过大气中给定长度的光学路径后仍保留在光束中的光通量比值。σ由433Ξ收稿日期:2007201225;收到修改稿日期:2007205206E2mail:mwang@aiofm.ac.cn基金项目:863课题(2005AA641010)作者简介:王缅(19762),女,重庆人,中科院安徽光学精密机械研究所博士生,从事环境光学监测中光电工程与信号处理研究。大气分子和粒子的消光共同贡献,在可见和近红外波段,大气对光的吸收作用可忽略不计[4]。另外,在干洁大气下,认为大气中只存在分子散射对消光的贡献,这时的能见度为2...