[论文解读] Study Of Casleo Clear Sky Aerosol Loads In 2011 From One Year Of Aeronet Quality Assured Data

Lidia Otero, P. Ristori+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2013

Atmospheric aerosols and clouds参考文献 4被引用 4

一句话总结

本研究分析了阿根廷CASLEO天文台一年内经质量保证的AERONET气溶胶光学厚度（AOD）数据，以评估切伦科夫望远镜阵列（CTA）的能见度条件。CASLEO在500 nm波长下的平均AOD为0.038，表现出极佳的晴空条件，与莫纳罗亚山相当，证实其作为南半球大气和天文观测高精度校准站点的适用性。

ABSTRACT

In this work we analyze one year observation of an Aeronet (GSFC-NASA Aerosol Robotic Network) sun-photometer installed on January 11, 2011 in CASLEO and being operational up to date. The main goal of placing the instrument in this location is to characterize the aerosol loads of this astronomical complex which is close and has the same sky characteristics of El Leoncito (31deg 43.33' South - 69deg 15.93' West, 2552 m ASL) one of the southern candidate site for Cherenkov Telescope Array (CTA). The low aerosol optical depth (AOD) annual mean of 0.038 measured at 500 nm shows exceptional clear sky quality. Data is compared with the measurements being done at Mauna Loa (19deg 32.34' North, 55deg 34.68' West, 3397 m ASL), where Aeronet reference instruments are being re-calibrated two to four times per year. Long term MODIS observations are studied, showing that the site is far enough to biomass burning transport regions to be affected by its influence.

研究动机与目标

• 评估阿根廷南部候选切伦科夫望远镜阵列（CTA）站点CASLEO的大气气溶胶负荷。
• 通过分析2011年1月11日至2012年5月30日期间收集的一年AERONET太阳光度计数据，评估该站点的天空清晰度。
• 将CASLEO的气溶胶光学厚度（AOD）与全球公认的气溶胶监测参考站点莫纳罗亚山进行比较。
• 利用地面实测的AERONET数据验证卫星反演的AOD（MODIS），以应对地形和反照率带来的挑战。
• 评估CASLEO作为AERONET区域校准站的潜力，因其地处偏远、高海拔且气溶胶含量低，与莫纳罗亚或伊萨纳类似。

提出的方法

• 利用2011年1月11日至2012年5月30日期间，CASLEO（南纬31°47′56″，西经69°18′24″，海拔2552米）的地面AERONET太阳光度计测量数据，共434天，19,007个质量保证的测量值。
• 应用比尔-朗伯-布格定律，基于测量电压、太阳天顶角和大气透射率，从340 nm至1020 nm波长范围推导气溶胶光学厚度（AOD）。
• 通过时间序列图和累积分布函数图，对比CASLEO与莫纳罗亚山在500 nm波长下的日均AOD值。
• 分析长期MODIS三级每日1°×1° AOD产品，以评估区域气溶胶影响并验证地面测量结果。
• 使用52米×52米数字高程模型，绘制地形复杂性和地表反照率变化，以评估其对卫星AOD反演精度的影响。
• 通过对比其AOD性能与稳定性与已确立的参考站点，评估该站点未来作为AERONET校准站的适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 CASLEO站点500 nm波长下的年均气溶胶光学厚度（AOD）是多少？与莫纳罗亚山相比如何？
• RQ2 位于CASLEO附近的安第斯山脉山麓复杂地形在多大程度上影响了MODIS卫星AOD反演结果？
• RQ3 CASLEO的气溶胶负荷在多大程度上超过可能影响天文观测或仪器校准的阈值？
• RQ4 鉴于其低且稳定的AOD，CASLEO能否作为南半球可靠的区域AERONET校准站点？
• RQ5 基于长期MODIS观测，生物质燃烧烟羽对CASLEO气溶胶负荷有何影响？

主要发现

• CASLEO在500 nm波长下的年均AOD为0.038，表明大气条件极为清澈。
• 所有测量值中87.9%和日均AOD值中86.9%低于0.05，对应于95.1%的天顶方向气溶胶透射率。
• 研究期间仅有四天的日均AOD值超过0.1，98.7%的测量值低于0.1，日均值中99.2%低于0.1。
• 该站点的AOD分布与莫纳罗亚山相当，87.9%的测量值低于0.05，证实其适用于高精度光学天文观测。
• MODIS观测结果表明，CASLEO距离生物质燃烧区域足够远，可避免此类烟羽的显著影响。
• 低AOD和气溶胶负荷的高稳定性支持CASLEO未来作为南半球AERONET校准站点的潜力，与莫纳罗亚山类似。