一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究-黄建平-兰州大学.PDFVIP

第３３卷　第１期 高　原　气　象 Ｖｏｌ．３３　Ｎｏ．１ 　　　　　　　　　　　　 ２０１４年２月 ＰＬＡＴＥＡＵＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ　　　　　　　　　　　　　　　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１４ 胡志远，闭建荣，黄建平，等．一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究［Ｊ］．高原气象，２０１４，３３（１）：２３２ ２４０， ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１００００５３４．２０１２．００１８４． 一种利用天空辐射计反演大气总水汽量 的算法研究 胡志远，　闭建荣，　黄建平，　史晋森，　刘玉芝 （兰州大学 大气科学学院／半干旱气候变化教育部重点实验室，兰州　７３００００） 摘要：传统计算大气总水汽量是利用改进的Ｌａｎｇｌｅｙ方法，通过准确测定传感器的光谱响应函数结合 辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计９４０ｎｍ通 道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法，该算法直接根据天空辐射计的观测数 据估算了描述大气中水汽透射比的参数（ａ和ｂ），而不依赖于光谱响应函数的精确测量；反演得到的ａ 和ｂ值包含了观测站温度、气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息，不受模式模拟误差的影响。利用 ２００９年３ ８月兰州大学半干旱气候与环境观测站（ＳＡＣＯＬ）天空辐射计资料，用该算法获得了观测时 期内大气总水汽量，然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水 汽量。结果表明，这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、ＣＥ３１８型太阳 光度计的反演水汽量表现出较好的一致性，拟合斜率值分别为１．０３和１．６４，相关系数均＞０．９５，相对 误差在２１％～１１．３％范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网（ＳＫＹＮＥＴ）对总水汽量的 反演。 关键词：天空辐射计；总水汽量；统计方法；改进的Ｌａｎｇｌｅｙ方法 文章编号：１００００５３４（２０１４）０１０２３２０９　　中图分类号：Ｐ４０７．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１００００５３４．２０１２．００１８４ 于反演大气柱水汽总量［２］。无线电探空进行一天 １　引言 两次的测量，空间分辨率为２００～３００ｋｍ，价格昂 　　水汽作为地—气系统中一种重要的温室气体， ［３］ 贵且受天气条件的限制，不适合进行气候研究 ； 是大气遥感和能量辐射平衡研究的一个重要物理 ［４］ 而地面 ＧＰＳ遥感虽然可以用于反演水汽总量 ， 量，对全球水循环和气候变化起关键作用。黄土高 ［５－６］ ［７］ ［８］ 分析可降水量 、暴雨 、降雪 等天气现象， 原作为中国最大的干旱半干旱区，是中国缺水最严 但在不发达的西北地区观测站密度很少，也不能满 重的地区之一，空中云水资源是该地区水资源可持 足气候观测的要求。天空辐射计（或太阳光度计） 续利用的重要来源，同时也是影响中国西北地区气 是一种便携式仪器，可进行长期野外观测，维护 ［１］ 候变化的主要因子 。因此，精确观测和合理估算 少、价格便宜且易于操作，