[發(fā)明專利]基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810096141.6
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108445507A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉興潤;李霞;朱希娟;劉浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京環(huán)境特性研究所
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01N21/17;G06F17/50
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌;張沫

1.一種基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，該方法包括：

采用激光雷達和太陽光度計分別進行氣溶膠光學(xué)特性測量，獲得激光雷達數(shù)據(jù)和太陽光度計數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述太陽光度計數(shù)據(jù)反演獲得低層大氣的光學(xué)厚度；

根據(jù)所述激光雷達數(shù)據(jù)反演獲得低層大氣的消光系數(shù)；

基于反演獲得的所述低層大氣的光學(xué)厚度和低層大氣的消光系數(shù)，采用消光法反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，所述根據(jù)所述太陽光度計數(shù)據(jù)反演獲得低層大氣的光學(xué)厚度的步驟具體為：

基于均勻平行球面大氣假定將大氣分為兩層，第一層為低層大氣，第二層為上層大氣，太陽光線通過第一層大氣路徑和第二層大氣路徑隨太陽天頂角發(fā)生變化；采用多個太陽天頂角下的數(shù)據(jù)通過多元線性回歸方法計算得到這兩層的大氣路徑長度；

基于所述大氣路徑長度分別計算獲得低層大氣和上層大氣的光學(xué)厚度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，所述根據(jù)所述激光雷達數(shù)據(jù)反演獲得低層大氣的消光系數(shù)的步驟具體為：

根據(jù)測量的激光雷達數(shù)據(jù)利用激光雷達數(shù)據(jù)反演軟件獲得不同探測距離處的消光系數(shù)；

利用不同探測距離處的消光系數(shù)計算低層大氣對應(yīng)的消光系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，所述基于反演獲得的所述低層大氣的光學(xué)厚度和低層大氣的消光系數(shù)，采用消光法反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布的步驟具體為：

將氣溶膠假定為球體，采用米氏原理建立不同尺度的單粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫；

建立太陽光度計數(shù)據(jù)反演的低層大氣的光學(xué)厚度與氣溶膠粒子譜分布的聯(lián)系，以及建立激光雷達數(shù)據(jù)反演的低層大氣的消光系數(shù)與氣溶膠粒子譜分布的聯(lián)系；

判斷霧霾天氣是否由沙塵引起，是則采用正態(tài)分布對氣溶膠譜分布進行描述，確定正態(tài)函數(shù)參數(shù)，否則采用Junge譜分布對低層大氣的氣溶膠粒子譜分布進行描述，確定Junge參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，通過以下公式，建立太陽光度計數(shù)據(jù)反演的低層大氣的光學(xué)厚度τ與氣溶膠粒子譜分布n(r)的聯(lián)系，以及建立激光雷達數(shù)據(jù)反演的低層大氣的消光系數(shù)σ(λ)與氣溶膠粒子譜分布n(r)的聯(lián)系；

其中，σ(λ)為消光系數(shù)，r為氣溶膠粒子半徑，λ為波長，Q_e為消光效率因子，z為大氣高度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，所述采用Junge譜分布對低層大氣的氣溶膠粒子譜分布進行描述，確定Junge參數(shù)的步驟具體為：

通過以下Junge譜分布的公式對低層大氣的氣溶膠粒子譜分布進行描述，并結(jié)合光學(xué)厚度τ與氣溶膠粒子譜分布n(r)的聯(lián)系，以及消光系數(shù)σ(λ)與氣溶膠粒子譜分布n(r)的聯(lián)系，共同求解Junge參數(shù)：

式中，r是假定為球形的氣溶膠粒子的半徑，υ是Junge參數(shù)，A為依賴于氣溶膠濃度的常數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于霧霾測量數(shù)據(jù)的氣溶膠粒子譜分布擬合方法，其特征在于，所述采用正態(tài)分布對氣溶膠譜分布進行描述，確定正態(tài)函數(shù)參數(shù)的步驟具體為：

通過以下正態(tài)分布的公式對低層大氣的氣溶膠粒子譜分布進行描述，并結(jié)合光學(xué)厚度τ與氣溶膠粒子譜分布n(r)的聯(lián)系，以及消光系數(shù)σ(λ)與氣溶膠粒子譜分布n(r)的聯(lián)系，共同求解正態(tài)函數(shù)參數(shù)：

式中，N₀表示單位體積中氣溶膠粒子總數(shù)，表示粒子的平均半徑，σ為正態(tài)函數(shù)參數(shù)，表征了氣溶膠粒子半徑的方差。