标准号：QX/T 532-2019
标准名称：Brewer 光谱仪标校规范
英文名称：Specifications for Brewer spectrophotometer calibration
标准格式：PDF
发布时间：2019-12-26
实施时间：2020-04-01
标准大小：2.32M
标准介绍：本标准规定了 Brewer光谱仪工作原理与系统构成、标校特性技术要求、标校条件、标校原理与方法及标校结果表达等。
本标准适用于 Brewer光谱仪的定期标校或非定期标校
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件QX/T172-2012 Brewer光谱仪观测臭氧柱总量的方法 本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。
本标准由全国气候与气候变化标准化技术委员会大气成分观測预报预警服务分技术委员(SAC/TC540/SC1)提出并归口
本标准起草单位：中国气象科学研究院、中国气象局气象探测中心、浙江省气象局、青海省气黑龙江省气象局。
标准主要起草人：郑向东、张晓春、马千里、祁栋林、于大江、陈树
本标准规定了Brewer光谱仪工作原理与系统构成、标校特性技术要求、标校条件、标校原理与方法及标校结果表达等。 本标准适用于Brewer光谱仪的定期标校或非定期标校。

ICS07.060
YTY KA-JOG AKA
中华人民共和国气象行业标准
QX/T532—2019
Brewer光谱仪标校规范
Specificationsfor Brewer spectrophotometer calibration2019-12-26发布
中国气象局
YTTKN-CJOuaRA
2020-04-01实施
YYYKAI-CJOG KAN
YTTKN-CJOUaKA
规范性引用文件
术语和定义
符号和缩略语
YTY KA-JOG AKA
光谱仪工作原理与系统构成
标校特性技术要求
标校条件
标校原理和方法
标校结果表达
附录A(资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（资料性附录）
附录E（规范性附录）
附录F(规范性附录)
附录G（规范性附录）
附录H（规范性附录）
附录I（规范性附录）
附录J（规范性附录）
附录K（资料性附录）
参考文献
光谱仪标校原理和方法
光谱仪检查、安装、架设和测试光谱仪常数文件的说明
光谱仪配置文件(OP_ST)说明
标校前被标校光谱仪测试比较及特性测试标校前同步比对观测结果分析比较被标校光谱仪的维护和测试
室外标校比对观测及数据处理
光谱仪标校总结记录
光谱仪的拆卸、包装和运输
标校证书
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QX/T532—2019
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本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。QX/T532—2019
本标准由全国气候与气候变化标准化技术委员会大气成分观测预报预警服务分技术委员会（SAC）TC540/SC1)提出并归口。
本标准起草单位：中国气象科学研究院、中国气象局气象探测中心、浙江省气象局、青海省气象局黑龙江省气象局。
标准主要起草人：郑向东、张晓春、马千里、祁栋林、于大江、陈树。m
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1范围
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Brewer光谱仪标校规范
QX/T532—2019
本标准规定了Brewer光谱仪工作原理与系统构成、标校特性技术要求、标校条件、标校原理与方法及标校结果表达等。
本标准适用于Brewer光谱仪的定期标校或非定期标校。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。QX/T1722012Brewer光谱仪观测臭氧柱总量的方法3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件
大气臭氧柱总量
total columnozone
地面上单位面积垂直大气柱内所包含臭氧的含量。[QX/T172—2012，定义3.1]
B波段紫外辐射
UltravioletradiationbandB;UVB波长280nm～315nm波段内的辐射。[QX/T172—2012,定义3.3]
4符号和缩略语
4.1符号
下列符号适用于本文件。
AP：电学系统测试。
BO：关闭汞灯及标准灯。
B2：打开标准灯。
CI:标准灯狭缝#1扫描测试。
FI：滤光轮中性滤光片检测。
HP：光栅同步测试（通常与HPHG一起仅在MKⅢ型光谱仪使用）。RS232：串行通信接口标准。
SKC：连续运行模式。
4.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
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Cal.skd标定设定（Calibration schedule）CCW：逆时针方向（Counter-ClockWise）CW：顺时针方向（ClockWise）
DSP：光栅色散测试（DiSPersiontestforgrating）DT：光电倍增管死区时间测试（DeadTimetest）DU:陶普森单位(DobsonUnit）
DUV:Diffey响应曲线权重紫外辐射（DiffeycurveweightedUltraViolet）ETC：地球大气上界常数（EarthTerrestrialConstants）GMT：格林威治时间（GreenwichMeanTime）GS：光栅斜率和截距测试（GratingSlopeandintercepttest）ICF：仪器常数文件（InstrumentConstantFiles）PMT：光电倍增管（PhotoMultiplierTube）QL：外部灯光谱快速扫描测试（QuickLampscan）RS：光阑运行/停止测试（RunStoptest)HG：汞灯波长标定（HGlampwavelengthcalibration）HV：(PMT)的高电压测试（HighVoltagetest)SI：对太阳（Sun sIting）
SC：太阳光谱扫描观测（SunsCan）SL：仪器稳定性标准灯检测（StandardLamptest）SR：跟踪器转一圈所应有的步数（TrackerStepsperRevolution）TU：天顶棱镜在UV观测时的最佳位置检测（TestUVBalignment）UV：紫外辐射（UltraVioletrays）UVR：紫外辐射光谱响应函数（UltraVioletResponse）WMO：世界气象组织（WorldMeteorologicalOrganization）ZE：天顶棱镜的归零位置检测（ZEroingzenithdrive）5光谱仪工作原理与系统构成
5.1工作原理
Brewer光谱仪根据臭氧对B波段紫外（UltraVioletBand：UVB)辐射的吸收特性，通过准确跟踪太阳（或月亮），采用衍射光栅分光技术，测量UVB五个中心波长位置的太阳光谱辐照度，基于近似差分吸收的原理反演大气臭氧和二氧化硫柱总量；通过衍射分光实现B波段紫外辐射光谱测量5.2系统构成
Brewer光谱仪包括分光仪、控制计算机和标校系统。其中，分光仪应由衍射光栅分光光谱仪、太阳和月亮水平方位跟踪器以及三角支架组成；标校系统应包括Brewer标准光谱仪、UV光谱标校以及标校数据处理软件。
6标校特性技术要求
标校后的Brewer光谱仪其特性技术指标应符合表1的要求2
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大气臭氧柱总量
大气二氧化硫柱总量
UV光谱响应函数
7标校条件
7.1基本要求
场地和室内环境
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表1Brewer光谱仪的标校特性技术要求最大允许偏差
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与标准光谱仪日均值绝对偏差在土2.5DU以内或土1%以内与标准光谱仪日均值绝对偏差在1.0 DU以内与标准光谱仪同步观测290nm～325nm，积分值相对偏差小于10%应符合QX/T172—2012中5.1的要求。7.1.2
天气条件
天气晴朗，少云（或太阳周边无云）。7.2标校设备、设施、材料
7.2.1标准光谱仪应经由WMO-Brewer标校中心标校并处于标准传递有效期内。7.2.2UVB光谱标校系统应由标准光源（含电源驱动设备）和便携式暗室组成。光源直流电流控制稳定性应优于0.001A。便携式暗室应满足通风、散热及标准光源距离BrewerUV窗口水平感应面之间距离在0cm～55cm之间可调等条件7.2.3溶剂，使用分析纯级甲醇或内酮作为清洁剂7.2.4辅助工具，英制内六角扳手、水平仪、手电和激光笔、软毛刷、清洁纸巾、专业级镜头纸、干燥剂、次性手套和口罩等。
8标校原理和方法
8.1原理
光谱仪标校原理参见附录A。
8.2方法
8.2.1一般原则
8.2.1.1标校工作包括标校前、标校中和标校后三个阶段。每个阶段均应进行光谱仪特性测试、室外比对观测和比对测试数据分析。8.2.1.2光谱仪连续运行累计达24个月以上或光谱仪维修、更换新的光学器件（如光栅、UV滤光片）均应对光谱仪进行标校。
8.2.1.3标准光谱仪每2年应与高一级别的标准光谱仪进行校准。8.2.1.4观测数据中应包含太阳天顶角45°以下的样本。3
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8.2.2标校前此内容来自标准下载网
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8.2.2.1光谱仪运输前后均应对被运输光谱仪进行检查、安装、架设和测试，步骤和要求参见附录B8.2.2.2按照QX/T172—2012表2指标要求对被运输光谱仪的稳定性检测（SL）进行判断，确定是否根据稳定性的检测结果。若不满足要求则参照附录A中A.3和A.4对被运输光谱仪ICF中的臭氧和二氧化硫的地球大气上界常数（ETC)值进行修改。8.2.2.3按照附录E中表E.1的要求对被标校光谱仪的电学、波长标校、稳定性、光电倍增管、光阑狭缝的运行状况进行评估；按照附录E中表E.2的步骤与要求对被标校光谱仪进行特性测试。8.2.2.4被标校光谱仪与标准光谱仪进行同步比对观测至少半天，对比对观测数据进行比较和统计分析，记录和分析内容见附录F。
8.2.3标校中
8.2.3.1对光谱仪进行维护和测试，维护步骤、测试内容及要求见附录G8.2.3.2按照附录H中表H.1的步骤1一11要求完成至少一个晴天的室外比对观测。8.2.3.3按照附录H中表H.1的步骤1218要求完成测试和ICF修改工作ICF8.2.4标校后
8.2.4.1按照附录H中表H.1的步骤111的要求，新ICF运行的光谱仪至少与标准光谱仪开展一个晴天比对观测。
8.2.4.2比对观测结果，符合标校特性技术要求时则本次标校结束；若不符合则重复8.2.3.2至8.2.4.2直到标校特性技术指标符合要求。8.2.4.3分别保存标准光谱仪和被标校光谱仪的标校数据和文档8.2.4.4按照附录1中表1.1的要求填写标校总结记录表。8.2.4.5关闭标准光谱仪或被标校光谱仪，并按照附录J的要求对光谱仪系统进行拆卸、包装和运输。9标校结果表达
经标校后的光谱仪应颁发标校证书，证书参见附录K。4
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附录A
(资料性附录）
光谱仪标校原理和方法
A.1大气奠氧柱总量的标校
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Brewer臭氧光谱仪是对中心波长位置分别在310.0nm、313.5nm、316.8nm和320.0nm的太阳辐照度的光子数进行测量，根据测量结果及已经在实验室测定的臭氧在这4个波长的吸收系数，确定大气臭氧柱总量，见式（A.1）。根据式（A.1）.通过标准光谱仪多次测量的大气臭氧柱总量Q以及被标光谱仪△N。测值，可建立方程组，采用最小二乘法确定待标校光谱仪△N（ICF中第10行的确定臭氧的地球大气上界值（ETC)，参见附录C)和△α值，实现对待标光谱仪大气臭氧柱总量测值的标校。Q = AN-AN-ASm
式中：
............(A.. .)
大气臭氧柱总量测量值，该值由标准光谱仪观测，单位为摩尔每平方米（mol/m），在实际应用中，这一单位常换算为标准大气下的臭氧柱总量厚度单位（DU）；被标校光谱仪测量上述4个波长光子数对数拟合，无量纲；待标校确定待标光谱仪的参数值（ICF中第10行臭氧的ETC），无量纲；臭氧层的大气质量数（以离海平面23.5km高度计算），无量纲：与上述4个中心波长位置（310.0nm、313.5nm、316.8nm和320.0nm）有关的臭氧吸收系数（ICF文件中第7行的系数），其值通常由厂家给出，若更换被标光谱仪的光学器件（如滤光片、光栅等），导致中心波长位置发生偏移时，应根据式（A.1）重新确定，单位为平方米每摩尔（m2/mol）；
与地面气压有关的空气分子瑞利散射系数，单位为摩尔每平方米（mo1/m）；大气质量数，无量纲。
A.2二氧化硫柱总量的标校
在确定大气臭氧柱总量后，根据Brewer光谱仪在中心波长306.0nm，316.8nm和320.0nm的太阳辐照度光子数测量结果，△N，及实验室测定的二氧化硫这3个波长的吸收系数，可确定大气二氧化硫柱总量，亚.见式（A.2）。根据式（A.2），通过标准光谱仪的Q、亚以及被标光谱仪的△N，测值，建立方程组，通过最小二乘法确定△N（ICF中第11行确定臭氧的地球大气上界值（ETC)）和△α·实现对待标光谱仪三氧化硫柱总量测值的标校。W-AN-AN× Aa
μsoAaso
式中：
.(A.2)
大气二氧化硫柱总量测量值，该值由标准光谱仪观测，单位为摩尔每平方米（mol/m）；被标校光谱仪上述3个波长光子数对数值的拟合，无量纲；要标校所确定，待标光谱仪的参数值（ICF中第11行的二氧化硫ETC)，无量纲；二氧化硫的大气质量数（以离海平面5km高度计算），无量纲：与上述3个中心波长（306.0nm、316.8nm和320.0nm）位置有关的二氧化硫吸收系数5
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（ICF文件中第8行的系数），其值通常由厂家给出，若更换被标光谱仪的光学器件（如滤光片、光栅等），导致中心波长位置发生偏移时，应根据式（A，1)重新确定，单位为平方米每摩尔（m2/mol）；
臭氧吸收系数与二氧化硫吸收系数的比值，无量纲。A.3ANe和AN的SL检测订正
当被标光谱仪稳定运行且没有出现光栅、滤光片等核心光学器件更换时，△N.和△N。则可以根据待标光谱仪的稳定性检测（SL)记录由以下公式来分别订正。ANomn=ANaza+R6.-R6
△Nm=AN+R5-R5
式中：
......
...(A.3)
........(A.4)
待标光谱仪本次标校确定的ICF中第10行新的臭氧ETC值（△N。）,无量纲；待标光谱仪本次标校确定的ICF中第11行新的二氧化硫ETC值（△N.），无量纲；待标光谱仪上次标校所确定的ICF中第10行老的臭氧ETC值，无量纲；待标光谱仪上次标校所确定的ICF中第10行老的二氧化硫ETC值，无量纲；待标光谱仪本次sI检测确定与大气臭氧柱总量有关新的比率值，无量纲；待标光谱仪上次sI检测确定与天气臭氧柱总量有关老的比率值，无量纲；待标光谱仪本次s1检测确定与天气二氧化硫柱总量有关新的比率值，无量纲：待标光谱仪上次S检测确定与大气二氧化硫浓度有关老的比率值，无量纲A.4UV光谱响应函数的确定
在给定精确的直流电流和电压情况下，标准光源辐亮度系数已确定（该系数有可溯源的计量标准）当该光源照射被标校光谱仪时，光谱仪记录相应的光子数信号，Brewer臭氧光谱仪的UV光谱响应函数由式(A.5)确定。
式中：
.......(A.5)
-UV光谱响应函数，待确定量，单位为光子数每瓦平方米纳米（光子数/（W.m2·nm））；E()
标准光源在波长入位置上的辐照度值，已确定量，单位为瓦每平方米纳米（W/（m：nm));
待标光谱仪在波长入位置上所测的光子数，已测定量。YTTKN-CJOUaKA
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