为了同步获取夜间晴空视线无云下整层大气透过率和水汽总量,将望远镜、多波段滤光片与近红外增强型CCD相结合,搭建了利用恒星辐射进行测量的研究平台。首先通过望远镜收集恒星辐射,辐射通过分波段滤光片滤光,利用CCD采集恒星图像。进一步提取拍摄图像的灰度值,采用Langley标定法计算整层大气透过率,同时利用改进的Langley法计算大气水汽总量。对测量结果、激光雷达和微波辐射计的测量值进行比较,验证了测量方法的可靠性。所开展的工作丰富了夜晚同步测量整层大气透过率和水汽总量的手段,对空间遥感和气象研究有一定的应用价值。

大气水汽含量（precipitable water vapor, PWV）对遥感定量化及生态环境方面研究具有重要意义。 针对传统水汽探测方法存在的问题, 提出一种基于多通道表观反射率的ICIBR（improved continuum interpolated band ratio）水汽遥感反演方法。 该方法结合MODIS数据第17, 18和19三个近红外通道的水汽吸收特点, 利用MODTRAN模型模拟大气含水量与三个通道ICIBR之间的关系, 构建了适用于MODIS数据的ICIBR大气水汽含量定量反演模型。 基于提出的ICIBR水汽反演方法, 选择北美洲南部典型干旱、 半干旱区德克萨斯州、 俄克拉荷马州等地区为研究区, 使用不同时间的四期MODIS 1B数据进行水汽反演实验。 同时, 选择SuomiNet提供的GPS水汽地基观测数据对反演结果进行精度验证以及MODIS大气水汽产品（MOD05）进行对比评价。 验证和对比结果表明: 该算法水汽反演结果与GPS水汽实测数据具有较高的一致性（r=0.967）, 均方根误差为0.276 cm, 有71.08%的观测点对满足水汽反演误差精度（EE~±0.05+0.15PWVgps）要求, 同时与MOD05大气水汽产品相比, 该方法在反演精度和准确估计方面有了较大提高, 能够有效降低61%的水汽反演高估现象。 该方法较传统算法更为简易、 实用, 具有较高的整体水汽反演精度。

大气中气溶胶光学厚度和可降水量情况为天文选址提供必不可少的评价依据,为天文观测提供重要参考。利用DTF型太阳辐射计对青海德令哈进行 观测,获得2013年9月至2015年1月晴天无云条件下的观测结果,进而得到该地区观测期间气溶胶光学厚度、ngstrm指数和大气可降水量的 日变化与季节变化特征。该地区的气溶胶光学厚度和可降水量日变化类型较多,可分为六种,有一定的季节性特征。不同季节中,秋季气溶胶光学 厚度最小,其他季节相当,而可降水量在夏季最大,明显高于其他季节。ngstrm指数春季最小,夏季和秋季次之,冬季最大。总体来说青海德令哈 的气溶胶光学厚度和可降水量都较小,大气较干净稳定,适合天文观测。

建立新的物理反演法能同时反演大气温度廓线、水汽廓线、表层温度和地表发射率,该反演算法应用到我国黄海地区AIRS红外卫星资料中,可反演得到较高垂 直分辨率的大气温度廓线和水汽廓线,同时反演得到表层温度和地表发射率、根据水汽廓线计算大气可降水量。

应用中分辨率成像光谱仪近红外通道数据进行大气水汽含量反演.采用三通道比值加权平均法用于武汉地区大气水汽含量反演,将反演结果与EOS发布的水汽产品进行对比,验证了该反演算法的可信性.借助遥感影像处理软件ENVI,利用三通道比值加权平均法反演了武汉地区近十年(2001-2011)的大气水汽含量,结合武汉地区实际地理位置、气候条件和城市发展现状,分析了武汉地区大气水汽含量变化.结果表明：武汉地区大气水汽含量在秋季和冬季呈明显减少趋势.借助统计软件SPSS对中分辨率成像光谱仪反演的大气水汽含量与地面气象探测因子气压、气温和相对湿度之间做回归分析,结果表明：大气水汽含量与气温呈正相关,气压呈负相关,和相对湿度的相关性不大,但在温度一定时,两者呈正相关.

水汽是地球大气的重要成分,对大气中传输的红外辐射造成严重的衰减,影响光电设备的探测性能。利用 改进的Langley法对太阳光度计940 nm探测通道进行定标,根据水汽吸收透过率与水汽总量的关系,应用 太阳辐射计的观测资料反演出合肥和新疆两地的大气水汽总量,并与同时期地基微波辐射计在以上两 地区的探测值相比较。结果表明:地基微波辐射计观测的水汽总量日变化趋势和太阳光度计具有 较好的一致性,二者观测的日均水汽总量变化趋势非常吻合,相对偏差小于5.1%。

基于对大气中水汽重要性及GPS测量大气水汽优势的双重认识,进入本世纪以来,华东区域各省气象部门联合与测 绘院、天文台等其他部门建起了相当规模的GPS气象探测网(GPS/MET)。根据2010年华东区域地基GPS/MET数据,选择 与GPS站相距10 km内的无线电探空站资料,对华东区域地基GPS/MET反演的大气整层可降水量(PWV)、大气整 层湿延迟(ZWD)和大气整层总延迟(ZTD)进行精度检验,结果表明: (1)GPS/MET反演的PWV与探空结果相比具有 很高的一致性,平均误差在1 mm以下,相对误差11.54%; GPS/ZTD反演的精度更高,百分比误差小于1%。(2)反 演的各个量与探空资料具有很高的相关性,其中平均相关系数中PWV和ZWD都超过0.98, ZTD为0.977。对GPS/PWV精度 按季节进行相关系数分析得,除夏季相关系数为0.927,相对较低,其余季节相关系数均为0.96以上。(3)以本地 的无线电探空站资料为基准,与NCEP再分析资料对比发现GPS/PWV的反演精度要优于NCEP再分析场资料反演 的大气整层可降水量。因此区域GPS/MET网反演的产品对提高灾害性天气的监测和预报能力, 改进数值 天气预报精度已显示出广阔的应用前景。

利用全自动太阳光度计(CE-318)野外定点长时间序列现场观测数据, 验证传统大气水汽反演算法, 结果表明,反演结果精度较低, 不适于该研究区域大气水汽含量反演.因而给出了近红外波段大气水汽含量探测的原理, 对自主卫星FY-3A中分辨率成像光谱仪MERSI(Medium Resolution Spectral Imager)反演大气水汽含量算法作了推导、分析.基于长时间序列现场观测数据集, 建立了局地化的FY-3A海洋大气水汽反演算法, 并用于研究区实际大气水汽含量反演.通过双通道比值法和三通道比值法反演结果与现场实测数据比较,得出以下结论: 模型受下垫面反射率影响较大；三通道比值法较双通道比值法反演结果精度更高, 双通道比值法误差为16.1%, 三通道比值法误差为14.3%；实测数据验证和改进后算法精度更高.

DTF型系列太阳光度计在合肥地区测量大气气溶胶光学厚度(AOT)和可降水量(PWV),并与其它测量仪器进行对比验证,各仪 器之间测量结果日变化趋势具有很好的一致性。对比分析结果显示:太阳光度计之间测量气溶胶光学厚度和可降水量的 均方根误差都在8%以内;太阳光度计测量的可降水量与微波辐射计测量的水汽含量进行对比,均方根误差约5%。通 过对比验证和误差分析, DTF型太阳光度计测量AOT和PWV具有较高的可靠性。