[發(fā)明專利]一種水分子吸收系數(shù)的溫度校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811025878.5
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109115706B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽彬;王玉政
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市卡普瑞環(huán)境科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/33
• 代理公司: 深圳騰文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44680
• 代理人: 劉洵

1.一種水分子吸收系數(shù)的溫度校正方法，其特征在于，包括：

通過多項式插值的方法，求得296K處的水分子配分函數(shù)的值與預(yù)設(shè)溫度T處的水分子配分函數(shù)的值的比例K₁，記為：

對每一條吸收譜線，計算下述比例K₂[i]，用來補償由于設(shè)定溫度T不同于參比溫度296K而引起的變化，即：(1)處于基態(tài)能級上的水分子的比例變化；(2)基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級上的水分子比例差的變化；

其中，

T：氣體溫度，以攝氏度為單位；

v_c[i]：第i條水分子吸收譜線的中心波數(shù)；

E[i]：第i條水分子吸收譜線的對應(yīng)的基態(tài)能級的能量；

h：為普朗克常數(shù)；

c：為光速；

k：為玻爾茲曼常數(shù)；

所述通過多項式插值的方法，求得296K處的水分子配分函數(shù)的值與預(yù)設(shè)溫度T處的水分子配分函數(shù)的值的比例K₁之前，所述方法還包括：

步驟1)、參數(shù)設(shè)置：

其中，設(shè)置如下參數(shù)：

T：氣體溫度，以攝氏度為單位；

P：氣體壓力，以bar為單位；

v₀：需要計算的光譜波段的起始波數(shù)，以cm^-1為單位；

v₁：結(jié)束波數(shù)；

Δν：波數(shù)步長；

f：水分子在大氣里的混合比例，即水的分壓partial pressure與總氣壓P的比例；

ν'：Voigt線截斷值；

步驟2)、讀入水分子的吸收譜線數(shù)據(jù)集：

2.1)下載水分子的吸收譜線數(shù)據(jù)；

2.2)讀取在v₀與v₁之間的所有水分子吸收譜線，構(gòu)成一維數(shù)組v_c；

2.3)讀取一維數(shù)組v_c中所有水分子吸收譜線，各條譜線分別有如下參數(shù)信息：

v_c[i]：第i條水分子吸收譜線的中心波數(shù)；

S[i]：第i條水分子吸收譜線在溫度為296K時的吸收系數(shù)；

σ_air[i]：第i條水分子吸收譜線的空氣分子對應(yīng)的半峰半寬展寬；

σ_H2O[i]：第i條水分子吸收譜線的水分子對應(yīng)的半峰半寬展寬；

E[i]：第i條水分子吸收譜線的對應(yīng)的基態(tài)能級的能量；

n_air[i]：第i條水分子吸收譜線的空氣分子半峰半寬展寬的溫度校正指數(shù)；

2.4)讀取水分子配分函數(shù)Q在參比溫度296K處的值與在不同溫度處的值的比例與溫度的一一對應(yīng)關(guān)系；

步驟3)、計算第i條水分子吸收譜線對應(yīng)的參數(shù)：

其中，參數(shù)如下：

3.1)洛倫茲半峰半寬展寬，公式為：

3.2)多普勒半峰半寬展寬，公式為：

其中，M_H2O為水分子的摩爾質(zhì)量，取值為18.01528；

所述對每一條吸收譜線，計算下述比例K₂[i]，用來補償由于設(shè)定溫度T不同于參比溫度296K而引起的變化之后，所述方法還包括：

步驟4)、通過數(shù)值近似的方法計算各條水分子吸收譜線的Voigt線型：

4.1)以上述步驟1)中設(shè)定的v₀為起始波數(shù)，v₁為結(jié)束波數(shù)，Δν為波數(shù)步長，構(gòu)建高分辨率的一維波數(shù)列ν，一維波數(shù)列ν共含j個數(shù)值，分別為ν₀，ν₀+Δν，ν₀+2Δν，…，ν₁；

4.2)取第i條水分子吸收譜線對應(yīng)的上述步驟2.3)中提及的各項參數(shù)，然后做下列計算：

4.2.1)對每一條中心頻率為v_c[i]的水分子吸收譜線，遍歷一維波數(shù)列ν中列中的所有j個波數(shù)值，得到如下一維數(shù)組X，其第j個元素X[j]為：

4.2.2)計算Y值：

4.3)計算每一條中心頻率為v_c[i]的第i條水分子吸收譜線在一維波數(shù)列ν內(nèi)各個波數(shù)位置投射得到的吸收截面值，步驟為：

4.3.1)對該條吸收譜線，遍歷一維波數(shù)列ν，得到其投射在一維波數(shù)列ν上的Voigt吸收線型，以一維數(shù)組V表示，其第j個元素V[j]為：

當(dāng)|ν[j]-v_c[i]|＞ν'時，V[j]＝0；

當(dāng)|ν[j]-v_c[i]|＜ν'時，

其中A、B、C、D四個短數(shù)列的取值分別為：

A：{-1.215,-1.3509,-1.215,-1.3509}；

B：{1.2359,0.3786,-1.2359,0.3786}；

C：{-0.3085,0.5906,-0.3085,0.5906}；

D：{0.021,-1.1858,-0.021,1.1858}；

4.3.2)計算第i條吸收譜線在一維波數(shù)列ν內(nèi)各個波數(shù)位置的吸收截面值，結(jié)果為一維數(shù)組a_i，其第j個元素a_i[j]為：

a_i[j]＝V[j]×S[i]×K₁×K₂[i]

其中，a_i內(nèi)的所有j個元素以高分辨率重構(gòu)了中心頻率為v_c[i]的吸收譜線的Voigt線型；

4.3.3)遍歷一維數(shù)組ν_c中的所有波數(shù)值，重復(fù)步驟4.3.1)-4.3.2)中的計算，得到二維數(shù)組V”，二維數(shù)組V”共含i行j列；其中，第i行即為上述一維數(shù)組a_i，二維數(shù)組V”內(nèi)的所有元素以高分辨率重構(gòu)了預(yù)設(shè)的v₀與v₁之間所有水分子吸收線的Voigt線型。