[發(fā)明專利]一種針對(duì)均勻混合氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子的反演算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911285284.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110929228B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪長(zhǎng)健;張智察;張瑩;楊寅山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/18
• 分類號(hào): G06F17/18;G06F17/15;G06F30/27;G06N3/126;G06F111/10
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 鄒仕娟

1.一種針對(duì)均勻混合氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子的反演算法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：選取資料：包括一時(shí)段內(nèi)濁度計(jì)，黑碳儀和GRIMM180環(huán)境顆粒物監(jiān)測(cè)儀的逐時(shí)觀測(cè)資料，以及該時(shí)段同時(shí)次的環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：大氣能見(jiàn)度，相對(duì)濕度RH和NO₂質(zhì)量濃度；

步驟S2：資料處理：對(duì)大氣消光系數(shù)進(jìn)行組分分解，借助米散射理論，構(gòu)建以均勻混合氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子為唯一變量的目標(biāo)函數(shù)；

在所述步驟S2中，大氣消光系數(shù)代表光線在大氣中傳播單位距離時(shí)的相對(duì)衰減率，當(dāng)對(duì)比感閾值ε為0.05時(shí)，在550nm波長(zhǎng)處的環(huán)境大氣消光系數(shù)b_ext(RH)(Km^-1)與大氣能見(jiàn)度V(Km)的關(guān)系見(jiàn)式(1)，

將550nm波長(zhǎng)處的環(huán)境條件下大氣消光系數(shù)b_ext(RH)(Mm^-1)分解如下：

b_ext(RH)＝b_sp(RH)+b_ap+b_sg+b_ag (2)

式(2)中，b_sp(RH)，b_ap，b_sg和b_ag分別為550nm波長(zhǎng)處的環(huán)境條件下氣溶膠散射系數(shù)；

AURORA-3000型濁度計(jì)觀測(cè)的是520nm波長(zhǎng)處的干燥條件下氣溶膠散射系數(shù)b_sp，520(Mm^-1)，將b_sp，520訂正得到550nm波長(zhǎng)處的干燥條件下氣溶膠散射系數(shù)b_sp(Mm^-1)，訂正公式見(jiàn)式(3)，式中α＝1.36，代表了Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)，

AE-31型黑碳檢測(cè)儀觀測(cè)的是黑碳(BC)質(zhì)量濃度，按訂正公式，先利用黑碳質(zhì)量濃度反演532nm波長(zhǎng)處的吸收系數(shù)b_ap，532nm(Mm^-1)，其中[BC] 為黑碳質(zhì)量濃度(μg/m³)，見(jiàn)式(4)，再由532nm波長(zhǎng)處的吸收系數(shù)b_ap，532nm(Mm^-1)進(jìn)一步得到550nm波長(zhǎng)處的吸收系數(shù)b_ap(Mm^-1)，見(jiàn)式(5)，

b_ap,532nm＝8.28·[BC]+2.23 (4)

b_sg(Mm^-1)為環(huán)境條件下550nm波長(zhǎng)處的氣體散射系數(shù)，對(duì)應(yīng)550nm波長(zhǎng)處的b_sg取值為13Mm^-1；

b_ag(Mm^-1)為環(huán)境條件下550nm波長(zhǎng)處的氣體吸收系數(shù)，僅考慮NO₂的吸收，對(duì)應(yīng)550nm波長(zhǎng)處的b_ag(Mm^-1)的計(jì)算見(jiàn)式(6)，其中[NO₂]為NO₂質(zhì)量濃度(10^-9g/m³)，

b_ag＝0.33·[NO₂] (6)；

所述步驟S2目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建具體步驟如下：

均勻混合氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子的計(jì)算公式見(jiàn)式(7)，氣溶膠等效復(fù)折射率m(RH)以及水復(fù)折射率m(water)的計(jì)算公式分別見(jiàn)式(8)和式(9)，根據(jù)米散射理論，環(huán)境條件下氣溶膠散射系數(shù)b_sp(RH)和吸收系數(shù)b_ap(RH)的計(jì)算公式分別見(jiàn)式(10)和式(11)，

m(RH)＝n_re(RH)+n_i(RH) (8)

m(water)＝n_re(water)+n_i(water) (9)

b_sp(RH)＝∫πr²Q_sp[a(RH),m(RH)]n[r(RH)]dr(RH) (10)

b_ap(RH)＝∫πr²Q_ap[a(RH),m(RH)]n[r(RH)]dr(RH) (11)

上述公式中，r(RH)和r(dry)分別為環(huán)境條件下和干燥條件下的氣溶膠粒子半徑；n[r(RH)]為環(huán)境條件下氣溶膠的粒子譜分布；n_re(RH)和n_i(RH) 分別為環(huán)境條件下氣溶膠等效復(fù)折射率的實(shí)部和虛部，n_re(water)和n_i(water)分別為水復(fù)折射率的實(shí)部和虛部；a(RH)＝2πr(RH)/λ為環(huán)境條件下氣溶膠粒子的尺度參數(shù)，λ為入射光波長(zhǎng)；Q_sp[a(RH),m(RH)]和Q_ap[a(RH),m(RH)]分別為環(huán)境條件下氣溶膠散射效率因子和吸收效率因子；

氣溶膠等效復(fù)折射率與相對(duì)濕度RH和氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子Gf(RH)之間的函數(shù)關(guān)系，如式(12)所示，其中，干燥條件下(RH≤40％)氣溶膠等效復(fù)折射率的實(shí)部n_re(dry)和虛部n_i(dry)是反演Gf(RH)的前提，基于式(3)，式(4)和式(5)的資料處理結(jié)果，結(jié)合GRIMM180觀測(cè)的氣溶膠粒子數(shù)濃度譜，據(jù)此可以反演計(jì)算出干燥條件下氣溶膠等效復(fù)折射率，

由上可見(jiàn)，a(RH)，m(RH)，b_sp(RH)，b_ap(RH)，n[r(RH)]和r(RH)均只為Gf(RH)的函數(shù)，通過(guò)對(duì)大氣消光系數(shù)進(jìn)行組分分解，并借助米散射理論，對(duì)氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子Gf(RH)的反演即轉(zhuǎn)化為下述目標(biāo)函數(shù)f最小值的優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)見(jiàn)式(13)；

步驟S3：據(jù)此反演了均勻混合氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子；

步驟S4：進(jìn)一步建立了成都地區(qū)秋冬季均勻混合氣溶膠吸濕增長(zhǎng)的本地化模型，并利用該模型模擬了氣溶膠散射系數(shù)和吸收系數(shù)。