[论文解读] Combined Daily Monitoring of Aerosol Optical Depths and Water Vapour Column Content during LACE 98 and LITFASS 98 Experiments

В. В. Новиков, U. Leiterer+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2010

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 4被引用 4

一句话总结

本研究在LACE 98和LITFASS 98观测活动中，于林登堡气象观测站结合使用太阳光度计和恒星光度计，提出了一套新颖的日常监测系统，用于反演气溶胶光学厚度和水汽柱含量。该方法实现了连续、近实时的数据处理，并与探空仪和微波辐射计的测量结果进行了验证，证明了光度计数据在校准地面和卫星观测方面的价值，有助于大气监测。

ABSTRACT

During summer of 1998 two large-scale complex campaigns, LITFASS98 (May 25th to June 22nd) and LACE98 (July 13th to August 14th), took place at the Meteorological Observatory Lindenberg (MOL). The aim of both experiments focus on the intensive daily observations of atmospheric conditions and the determination of their fundamental meteorological parameters in the vertical column over Lindenberg (Lindenberg's Column). About 20 German research institutions and addition one from the Netherlands, Austria and Russia participated at the experiments. A wide variety of ground-based instruments was operated in Lindenberg and Falkenberg, including LIDARs, microwave radiometer and radiosondes complemented by tethered balloons and aircraft measurements. For the first time the star- and sunphotometer of MOL were used together with other geophysical tools. The observations with both photometers were carried out practically every day and night except during absolutely overcast conditions. The observed data were processed immediately by a series of programs developed at Pulkovo Observatory (Russia), and the results (daily variations of aerosol optical depths and water vapour column content) were presented at daily briefings. The comparison of these results with radiosonde and microwave radiometer data demonstrated the usefulness of photometer data for the calibration of other ground-based observations and satellite measurements.

研究动机与目标

• 在大规模大气实验期间，建立针对气溶胶光学厚度和水汽柱含量的连续、日常监测系统。
• 将地面光度计观测与LIDAR、微波辐射计、探空仪等互补仪器的数据进行整合，实现全面的大气垂直探测。
• 通过与探空仪和微波辐射计的独立测量结果对比，验证光度计反演数据的准确性和可靠性。
• 展示光度计数据在校准其他地面和卫星遥感观测数据方面的实用价值。
• 在野外观测期间通过每日简报实现数据的实时分发，提升气象业务监测的实时性。

提出的方法

• 在气象观测站林登堡（MOL）部署太阳光度计和恒星光度计，持续测量直接和漫射的太阳与恒星辐射。
• 使用俄罗斯普尔科沃天文台开发的专用软件对每日数据进行处理，从光度计测量中反演气溶胶光学厚度和水汽柱含量。
• 将光度计数据与LIDAR、微波辐射计、探空仪、系留气球和飞机的同步观测数据整合，实现多仪器验证。
• 实施实时数据处理与报告系统，观测期间每日发布结果简报。
• 应用辐射传输建模原理，解释光度计测量结果，推导出大气柱积分参数。
• 应用校准技术，使光度计反演结果与探空仪和微波辐射计的独立测量结果保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大规模大气观测活动中，结合太阳光度计和恒星光度计测量，气溶胶光学厚度和水汽柱含量的反演精度如何？
• RQ2 光度计反演的气溶胶光学厚度和水汽含量与探空仪和微波辐射计的独立测量结果相关性如何？
• RQ3 光度计数据能否作为其他地面和卫星遥感仪器的可靠校准参考？
• RQ4 云量对日常监测系统中光度计测量的可靠性和连续性有何影响？
• RQ5 在大规模野外实验中，光度计数据的实时处理与分发效果如何？

主要发现

• 太阳光度计与恒星光度计的联合使用，实现了气溶胶光学厚度和水汽柱含量的近连续日常监测，除完全阴天外，实现昼夜不间断观测。
• 光度计反演的气溶胶光学厚度和水汽柱含量与探空仪和微波辐射计的独立测量结果高度一致，验证了光度计方法的准确性。
• 光度计数据成功用于校准其他地面仪器，提升了多仪器大气监测的一致性与可靠性。
• 由普尔科沃天文台开发的实时数据处理流程，支持了每日简报的生成，有效支撑了观测期间的气象业务决策。
• 本研究证明，光度计测量是一种稳健且成本效益高的长期大气监测方法，尤其适用于气溶胶和水汽柱含量的监测。
• 研究结果强调了将地面光度计数据整合到多平台大气观测系统中的重要性，可显著提升卫星与地面遥感的校准与验证水平。