大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量測量用全自動太陽輻射計

編號：2018-S1-DZXX-7

所處階段：小試

必要性及需求分析：

大氣氣溶膠在大氣輻射和氣候變化中具有重要的作用，它是光學工程應用中必須考慮的因素，如可見光和紅外天文觀測中，大氣氣溶膠影響大氣透過率和大氣背景輻射，降低了目標的對比度，對目標的定量測量精度也有重要的影響。由於大氣氣溶膠複雜的時空變化，要了解二者的區域光學特徵就需要長期連續的觀測。在典型地區進行氣溶膠光學性質的長期觀測對輻射傳輸、氣候變化、大氣環境和光學工程的應用等方面都有重要的意義。氣溶膠光學厚度是表徵大氣氣溶膠光學特性的最基本參量，是評價大氣環境污染，研究氣溶膠輻射氣候效應的一個關鍵因子和輻射傳輸計算中的一個重要參量。

我所研製了0.4 ～ 1.1m 8波段DTF型太陽輻射計和0.8 ～ 2.4m 8波段ISP型太陽輻射計系列產品，並擬實現產業放大和產品推廣。該型太陽輻射計多通道測量，多參數輸出，通道選取波段範圍寬，支持自定義通道和通道擴展，防塵防雨設計，野外全天候無人職守全自動測量，可在線定標，直接輸出大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量並進行實時顯示，相對於目前的市售太陽輻射計有著明顯的優勢。項目將面向全國提供太陽輻射計技術群進行大規模產業化推廣的成熟技術，在太陽輻射計產業領域提升我國民族工業的水平，促進產品更新換代，減少進口依賴或增加產品出口品種，最終可為形成有我國特色自主知識產權的產品技術群（發明專利和標準群）起到積極的推動作用，具有重要現實意義。

目標及主要任務：

以已完成的0.4 ～ 1.1m 8波段DTF型太陽輻射計和0.8 ～ 2.4m 8波段ISP型太陽輻射計製備技術為基礎，研發和生產0.5-1.7m 9波段VISP型太陽輻射計，該型太陽輻射計採用單筒測量技術即可實現可見到近紅外大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量的測量，可降低設計、加工、製造工藝和調試難度，同時進行DTF型、ISP型和VISP型系列產品生產工藝放大的產業化技術攻關，建立多站點應用示範，為實施該系列產品群的大規模產業化和推廣應用奠定基礎，並嘗試研製1.0～ 4.5m 7波段中紅外型太陽輻射計，彌補中紅外波段太陽輻射計技術透過率測量的空白。

現有工作基礎：

目前0.4 -1.1m 8波段DTF型太陽輻射計己實現6台／批量級生產，並已進行大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量測量的長期應用效果探索（如圖第一圖所示） ;

0.8～ 2.4m 8波段ISP型太陽輻射計也己研製完成，並己進行初步應用效果探索（如圖所示）。

具體如下：

開發了原始信號和測量結果（大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量）隨時間實時變化的曲線顯示軟體（測量控制軟體）以及在線實時定標和數據批處理軟體，如下圖所示。

量控制軟體界面（上圖）、數據批處理及定標軟體（下圖，測量控制軟體子對話框）將太陽輻射計測得的水汽總量分別與微波輻射計和POM02型太陽輻射計進行了對比，誤差都在8%以內，如下圖所示。

水汽總量與微波輻射計對比與微波輻射計線性關係與POM02對比結果將太陽輻射計測得的可見光波段氣溶膠光學厚度和近紅外波段的透過率也與POM02型太陽輻射計進行了對比，誤差也都在8%以內，如下圖所示。

將太陽輻射計應用於我國多個典型地區大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量測量，得到多個地區各參數逐月統計變化，結果如下圖所示。

喀什、張北、合肥、麗江水汽月均值變化

預期經濟和社會效益：

新型全自動太陽輻射計防塵防雨，野外無人職守測量，全天候、全自動跟蹤太陽，可在線定標，直接輸出整層大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量，並進行網路傳輸和顯示，因此可替代現有太陽輻射計產品應用於科研院所、天文選擇觀測和氣象監控部門，僅氣象部門就具有30台／年的市場規模，因此具有廣闊的市場前景。僅以每產50台太陽輻射計中試線的生產能力，每台太陽輻射計25-40萬元計算，預計但中試線即可完成每產值1250-2000萬，毛利在750-1250萬。

實施方式／模式：

本項目擬首先通過政府或相關企業支持或融資，建立一條年產50台的全自由太陽輻射計中試生產線，同時擬與氣象局和各天文站台合作，將全自動太陽輻射計用於全國各氣象站點和天文站點，建立200個大氣透過率、氣溶膠光學厚度和水汽總量實時監測示範站點，進行產品的生產、應用示範，併產生一定經濟效益。進一步，與現有太陽輻射計生產企業合作通過設備改造或新建設年產太陽輻射計100台規模生產線。希望以技術入股的方式入股生產線建設及產品生產、應用，採取以企業為中心，科研機構參與，利益共享、風險共擔的產學研聯合的模式，共同促進科技成果的轉化與推廣。

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