第27卷5 期第高原气象(2)

第27卷5 期第高原气象

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高　　原　　气　　象　　　　　　　　　　　　　　　27卷　

r

β(r)rexp[-2σ(r′)dr′P(r)=P0C],

∫

(1)

其中:P(r)为高度z处的大气后向散射回波功率(单位:W);P0为发射激光束的功率(单位:W);C为与雷达系统有关的常数(单位:W km3 sr);β(r)和σ(r)分别为高度r处大气的后向散射系数和消光系数(单位:km-1 sr-1和km-1)。

　　通过对激光雷达回波信号进行距离校正,S(r)=ln[r2P(r)],并根据Klett假定的大气消光系数

k

(r),得和后向散射系数之间存在的关系β(r)=Bσ到一个反演消光系数的稳定解σ(r)=

[4]

气溶胶粒子浓度的垂直分布特征也反映了气溶胶消

光系数的垂直分布趋势,也可作为分析k值正确与否的依据。　　CE318太阳光度计能自动跟踪太阳进行太阳辐射测量,从而反演计算气溶胶光学厚度。　　气溶胶光学厚度可定义为气溶胶消光系数沿垂直路径自上而下的积分[7]:

τ=

σdr,r1r2

1

(4)

:

,c

-1

σ(rc)-src)k]d′(σ1;

12,会得出不同的气溶胶消光系数,从而在积分后得到不同的光学厚度τ值。因此,我们采用兰州大学CE318太阳光度计同期无云观测数据所反演的光学厚度τ0,作为确定k值的另一个依据。

(2)

σ(rc)可以式中的rc为所选区域的最大测量距离。

通过对信号的距离校正曲线S=S(r)进行拟合,由

曲线的斜率算得。　　大气消光系数减去空气分子的消光系数即为气溶胶分子的消光系数。空气分子的消光系数可由美国1976年的标准大气模式中的大气密度廓线及瑞利散射得出。

2.2k值的确定方法　　本文引入了用大气能见度因子来确定气溶胶后向散射消光对数比k。大气能见度Rv与人眼最为敏感的550nm波长大气消光系数σ及人眼的对比度阈值ε(平均值为0.02)[6]关系为

Rv=

图1　气溶胶粒子浓度的高度分布

Fig.1　Aerosolparticleconsistenceprofile

σ

ln

ε

=

σ

ln

=.

σ0.02

(3)

　　兰州大学所使用的激光雷达的发射波长为532

nm,比较接近人眼所敏感的波长550nm,因此,当已知能见度的范围时,可以根据上式得出该雷达所测量的大气垂直消光系数σ的范围。将之与不同k值(0.3～1.4)下反演出的σ值进行比较,即可确定

k值的范围。

3　分析与讨论

　　根据日常观测记录的能见度范围及雷达的回波信息(表1),可以分别确定该日气溶胶消光系数的范围,考虑到气溶胶粒子浓度到一定高度后会变得很小,其消光能力也会变得很微弱,故将消光系数的范围最小值定为0.0001。

　　表2是采用Klett法,分别令k值为0.3～1.4时所得到的k值,通过与表1的对比可以看出:气

　　对于气溶胶密度的垂直分布,国内外很多学者

很早就做过研究,并得出了一个普遍规律(图1

)。气溶胶粒子浓度与其消光系数成正比关系。因此,

表1　不同天气下的能见度范围及对应的消光系数范围

Table1　Thescopeofvisibilityandextinction

ratiosunderdifferentweather

夏季

8月7日,25日

能见度范围/km对应σ值范围/(1 km-1)

8～300.0001～0.489

秋季

10月9日

3～200.0001～1.304

冬季11月29日

1～130.0001～3.912