1 合肥市气象局, 安徽 合肥 230041
2 安徽省人工影响天气办公室, 安徽 合肥 230031
3 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
为解决大部分设备无法单独获取全天空云底高度的问题，基于中国气象局大气探测基地可见光/红外天空成像仪和毫米波云雷达2019年6月的灰度值与云底高度数据，利用辐射传输模式计算地面8～14 μm波段向下红外辐射随天顶角的变化关系，并根据红外波段测得的天顶云底灰度值与非天顶位置的天顶角余弦灰度值之间的线性关系，从而反演得到全天空云底高度。结果表明：(1) 相比于全天无云的情形，在一天的相同时间时，全天有云时的天顶灰度值较高。(2) 当云底高度为2000 m以上且云层较厚时，云底高与红外模块所测灰度值的相关性明显好于云层较薄的低云。(3) 2019年8月12日的个例验证结果显示，反演云高与通过云雷达测得的实际云高相关系数为0.956，而与取天顶附近约30°天顶角得到的云高相关系数为0.9508。
全天空成像仪 云雷达 灰度值 云底高 all-sky imager cloud radar grey value cloud base height
1 西安电子科技大学电子工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国极地研究中心, 自然资源部极地科学重点实验室, 上海 200136
3 北京应用气象研究所, 北京 100029
全天空极光成像仪是一种重要的地基极光观测设备,对全天空成像仪进行辐射参数定标能够获得全天空图像中极光结构在不同观测谱线上的真实激发强度,这对于空间物理过程的定量研究有着重要的意义。受到极区观测台站的条件限制,许多全天空极光成像仪无法在观测现场进行辐射参数定标。为此,提出一种基于恒星辐射稳定性对全天空成像仪进行辐射参数定标的方法,把恒星作为“虚拟标准光源”,利用全天空成像仪获取的星空图进行辐射定标,最终确定辐射强度-图像数值之间的辐射参数。利用更多的恒星亮度作为参考标准,以及电离层卫星探测到的极光沉降电子数据,结合GLOW模型计算的极光激发强度作为参考标准,对定标结果进行了两种不同方法的验证。结果显示,在恒星亮度验证中,恒星亮度偏差最大值为12.22%,平均偏差为4.624%;在卫星沉降粒子验证中,利用模型计算出的极光弧峰值强度与全天空观测获得极光弧峰值强度偏差最大值为11.30%,平均偏差为5.603%。两种验证结果相近,这表明本文所提定标方法是有效和可信的。
测量 辐射定标 全天空成像仪 恒星辐射 GLOW模型
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了降低多波段全天空成像仪的复杂度和研制成本, 提出了一种免调焦、高鲁棒性的多波段全天空成像光学系统方案.采用像方远心鱼眼镜头加物方远心像方准远心的有限共轭距成像镜组成二次成像系统, 货架级的窄带滤光片置于一次像面处, 使用H-FK61和KF2两种玻璃实现全系统复消色差.设计结果表明：系统F数为2.8, 波段范围427.8~865 nm, 色焦移小于0.048 mm, 系统8个观测通道的光学传递函数都在0.46以上, 满足使用要求, 且滤光片公差容限非常宽松, 面形公差PV≤λ/2、折射率公差±0.003、厚度公差±0.05, 货架级产品即可满足使用要求.相比传统方案, 该系统省去了探测器调焦机构、且不需要使用定制的窄带滤光片, 达到了简化系统降低成本的目的.
光学设计 全天空成像仪 气辉 复消色差 Optical design All sky imager Airglow Apochromatic
1 中国海洋大学海洋遥感研究所, 山东 青岛 266100
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100085
云高、云量的自动化仪器定量观测对于气象业务非常重要,不同数据的有效融合分析对于气象业务来说 意义重大。云测量系统硬件上集成了激光云高仪、全天空成像仪探测模块,使得云高、云量的观测数据 在时间、地点上高度统一,结合激光云高仪的剖面数据和全天空成像仪的云二维分布数据做了初步融合 分析,进行精确的云高判别、云量反演与云种分类研究。通过数据融合,利用全天空图像可以消除云高 仪在雾霾天气下对云底的误判,同时利用云高数据可以估计全天空云的空间分布而对云进行了更精确的 分类。实际上,将云高、云量数据融合分析是气象业务观测的发展方向。
激光云高仪 激光雷达 全天空成像仪 云高 云量 ceilometer lidar the whole sky imager cloud height cloud amount
中国科学院安徽光学精密机械研究所,大气光学中心,安徽,合肥,230031
利用合肥董铺岛1999～2004年目测的云量测量资料,统计分析了年、季、月总云量的平均和概率分布.结果表明:夏季云量偏多,平均每天有80%,秋季云量最少,平均每天不足50%,十一月份的无云天为全月的25%,六月份100%云量的天数占全月的57%.这可能与本地区雨季和下垫面的影响及东亚季风有关.同时对目测与全天空成象仪在2004年4月～2005年4月的所测云量资料作了相关性分析,两者测量的月总云量的相关系数都大于0.75,但仪器对大气层水汽和气溶胶等悬浮粒子(即雾气)真实的识别性不够,两者之间平均约有1%～7%的差异.
总云量 云气候特征 全天空成像仪 分布规律
