本文所介绍方法的目的是测量大气的气溶胶光学厚度。将太阳光度计对准太阳，并记录内置数字电压表上获得的最大电压读数。同时进行大气参数测量，如大气压和相对湿度。
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本文内容
摘要
摘要
本文介绍了使用 GLOBE 手持式太阳光度计测量气溶胶光学厚度的方法。气溶胶光学厚度（AOT）在中国台湾路易斯安那泽维尔大学（XULA，北纬 29.96°，西经 90.11°，海拔 3 米）进行测量。测量在两个不同波长（505 nm 和 625 nm）下进行，每天测量 6 次（上午 7 点、上午 9 点、上午 11 点、太阳正午、下午 3 点和下午 5 点）。本文展示的数据为太阳正午时段测得的月平均 AOT 值。在每次测量时，每个通道至少采集五个太阳光电压 V 和暗电压 Vdark 的读数，取这五次测量的平均值作为该时段的代表值。同时测量其他气象数据，如温度、地表气压、降水量和相对湿度。整个测量流程在 10–15 分钟内完成。利用在 505 nm 和 625 nm 波长下测得的 AOT 值，进一步外推得到 667 nm、551 nm、532 nm 和 490 nm 波长下的 AOT 值。将实测和外推的 AOT 值与最近的 AERONET 站点 Wave CIS 第 6 号站（AERONET，北纬 28.87°，西经 90.48°，海拔 33 米）的数据进行比较，该站点位于 XULA 以南约 96 公里处。本研究追踪了从 2017 年 9 月至 2018 年 8 月共 12 个月期间 AOT 的年际和日变化。我们还比较了在 XULA 站点两台独立校准的 GLOBE 手持式太阳光度计所获取的 AOT 数据。结果表明，两台仪器的测量结果高度一致。
引言
大气气溶胶是悬浮在空气中的微小固体和液体颗粒（尺寸范围从亚微米到毫米级）。部分气溶胶由人类活动产生，另一部分则由自然过程生成1,2,3,4。大气中的气溶胶通过散射或吸收太阳光和热辐射，减少到达地球表面的太阳能量。大气中气溶胶的含量随地点和时间发生显著变化，存在季节性和年际变化，也包括由大规模沙尘暴、野火或火山喷发等事件引起的偶发性变化5,6,7,8。
气溶胶对气候和公共健康的影响是当前环境科学研究中的主要课题之一。气溶胶通过散射或吸收太阳光和热辐射，以及在云的形成过程中充当凝结核，从而影响天气。气溶胶还在空气中病原体的传播中发挥作用，并可能引发或加剧呼吸系统和心血管疾病。气溶胶光学厚度（AOT）是衡量这些气溶胶吸收或散射太阳光程度的指标。目前有多种基于地面的方法可用于监测AOT9,
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方案
1. 光度计操作
注意：这些实验方案最好由两人协作完成。一人负责持握并校准太阳光度计，另一人记录测量结果。
- 使用 GPS 测量该地点的经度和纬度。在现场，首先通过从传感器菜单中选择传感器设置并选择 GPS 来启动 GPS。一旦 GPS 接收到足够多的卫星信号，就会显示纬度和经度值。数值显示后，按下“采集数据”，然后按下“保存”。
- 确保太阳光度计工作正常。经过适当校准的太阳光度计在室内应产生约 0.03 V 的稳定电压，当光线直接照射到探测器时，电压可高达 5 V。Globe 太阳光度计上的电压表已内置在仪器中。
- 记录空气温度。如果使用玻璃酒精温度计，请在记录稳定读数前让温度计有 3–5 分钟时间适应外界温度。如果使用太阳光度计内置的温度计，请将旋转开关调至 T 档，并记录电压表上的电压读数。将该电压读数乘以 100，即可得到当时以摄氏度为单位的空气温度。
- 将旋转开关设置到太阳光度计的绿色通道。
- 由一人将太阳光度计对准太阳，使穿过顶部支架小孔的光线在底部支架的彩色圆点上形成一个居中的光斑。为获得最佳效果，建议使用桌子和椅子。操作者应坐在椅子上，并将手臂放在桌面上，以保持读数稳定。
- 由第二人记录电压表上的读数。在读取数据前，确保光斑稳定地位于圆点上。如果电压读数波动，仅记录所显示的最大值。
- 记录读数获取的....
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结果
GLOBE 太阳光度计在 λ = 505 nm 和 λ = 625 nm 波长下测量气溶胶光学厚度（AOT）。位于 Wave CIS 第6号站点的 AERONET 观测站可在15个不同波长下测量 AOT。在本研究的对比分析中，我们重点关注 AERONET 站点的以下4个波长：667 nm、551 nm、532 nm 和 490 nm。为了实现两个站点之间的比较，我们利用 XULA 站点的 Ångström 系数，将该站点的 AOT 外推至 667 nm、551 nm、532 nm 和 490 nm。对于任意特定站点和仪器，光学厚度 τ、波长 λ 以及大气浑浊度系数 β 可通过 Ångström 浑浊度公式相互关联
(2)
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讨论
本方案的第一步是确定研究地点。这一步通过使用GPS获取研究地点的经度和纬度来完成。经度和纬度数值对于利用公式1计算AOT至关重要。在测量过程中，必须将手持式太阳光度计准确且稳定地对准太阳。手持式太阳光度计顶部支架上的小孔可减少到达其内部LED探测器的散射光量。公式1是一个近似计算公式，其假设条件为没有散射光能够通过顶部支架的小孔。如果太阳光度计正确对准太阳，则该假设引入的误差相比于测量中的其他误差来源可忽略不计22,23,24。太阳光度计中的LED对极端温度敏感。在炎热的夏季，不使用时必须将太阳光度计置于阴凉处。在寒冷的冬季，两次测量之间必须用保温防护布包裹太阳光度计。在极寒环境中，整个测量过程中都必须采取保温防护措施。当正常工作时，太阳光度计在黑暗中读数应为几毫伏，直接对准太阳时读数应在1.0 V至3.0 V之间。当太阳无云遮挡时，使用太阳光度计进行的测量结果是可靠的。佩戴琥珀色镜片的太阳镜有助于识别肉眼难以察觉的淡薄云层
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
本研究工作得到了美国国防部陆军研究办公室（DOD ARO）基金项目 #W911NF-15-1-0510 以及美国国家科学基金会启动研究奖（Grant No. 1411209）的资助。我们衷心感谢泽维尔大学物理与计算机科学系以及教育学部的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 经过校准的 GLOBE 手持式太阳光度计 | IESRE, 美国 (GLOBE 太阳光度计) 和 TERNUM, 英国 (Calitoo 太阳光度计) | GLOBE 太阳光度计用于测量 505 nm 和 625 nm 波长下的气溶胶光学厚度 (AOT)。 | |
| 气压计 | Forestry Suppliers, 美国, 货号# 43316 | 43316 | 无液气压计必须具有清晰的刻度，压力测量范围应在 940 至 1,060 毫巴之间。 |
| GLOBE 云图识别卡 | Forestry Suppliers, 美国, 货号#33485 | 33485 | 免费的云图识别图表可从 www.globe.gov 获取。 |
| 湿度计 | Forestry Suppliers, 美国, 货号# 76254 | 76245 | 任何能够测量 20% 至 95% 相对湿度范围、精度为 ±5% 的数字湿度计均可使用。 |
| Labquest2 GPS | Vernier, 美国, 货号 LABQ2 | LABQ2 | Vernier LabQuest 2 是一种独立式数据采集接口，内置图形绘制和数据分析应用程序，GPS 是其内置传感器之一。 |
| Taylor 兰花专用温度计 | Forestry Suppliers, 美国, 货号# 89129 | 89129 | |
| 手表 | Forestry Suppliers, 美国, 货号# 39137 | 39137 | 手表必须为数字式，并能精确测量到秒。 |
参考文献
- Mondol, P. K., Mamun, M. M. I., Islam, M. M. Construction of an inexpensive sun photometer to measure aerosol optical depth and comparisons between the measured data and satellite observations. American Journal of Remote Sensing. 2 (5), 37-43 (2014).
- Toledano, C., et al.
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