[發明專利]一種針對均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的反演算法

有效

• 申請號: 201911285284.2
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110929228B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 倪長健;張智察;張瑩;楊寅山
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F17/15;G06F30/27;G06N3/126;G06F111/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 鄒仕娟

本發明公開了大氣測量領域的一種針對均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的反演算法，包括以下步驟：S1：選取資料；S2：資料處理：對大氣消光系數進行組分分解，借助米散射理論，構建以均勻混合氣溶膠吸濕增長因子為唯一變量的目標函數；S3：據此反演了均勻混合氣溶膠吸濕增長因子,對所有測試樣本而言，反演均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的免疫進化算法均能快速收斂到全局最優解；S4：進一步建立了成都地區秋冬季均勻混合氣溶膠吸濕增長的本地化模型，相比目前通用的氣溶膠吸濕增長模型，該模型顯著提升了環境條件下氣溶膠散射系數的模擬精度；該反演算法具有普適性，它可為氣溶膠吸濕性及其輻射強迫效應的后續研究提供算法保障。

技術領域

本發明涉及大氣測量技術領域，具體為一種針對均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的反演算法。

背景技術

氣溶膠是指懸浮于大氣中的固體和液體微粒共同組成的多相體系。由于氣溶膠中的硫酸鹽，硝酸鹽，銨鹽和海鹽等無機成分及部分有機物粒子具有吸濕性，在不同水汽條件下，其粒徑，質量，密度和折射指數等微物理參數會發生變化，致使不同氣溶膠粒子在宏觀上的物理化學性質的不斷改變。大氣氣溶膠的吸濕性是聯系氣溶膠微物理和化學參數的紐帶，也是氣溶膠基本光學性質的決定性參數。

實際大氣中氣溶膠是各種成分的混合體。而氣溶膠不同的混合狀態將最終影響到氣溶膠吸濕性及其輻射強迫效應。目前針對大氣氣溶膠混合狀態的研究模型主要可分為內混態和外混態。內混態可分為均勻混合和分層球模型，其中均勻混合是指大氣中全部氣溶膠粒子的物理化學性質均勻混合的一種等效形式，分層球模型則是指以黑碳為核其它氣溶膠為殼，或者其它氣溶膠為核黑碳為殼的形式；外混態指的是黑碳與其它氣溶膠處于外接或者分離的狀態，其物理化學性質可能各不相同。

均勻混合氣溶膠吸濕增長因子指的是均勻混合氣溶膠吸濕后與吸濕前的粒徑之比，其可用于表征大氣氣溶膠整體的一個吸濕性。諸多研究表明，均勻混合氣溶膠吸濕增長因子在氣溶膠吸濕性及其輻射強迫效應的研究中具有重要意義。早在1969年，Kasten等研究了大陸型，工業污染型以及海洋型這三種氣溶膠類型所分別對應的均勻混合氣溶膠吸濕增長因子隨相對濕度的演變特征，據此推導了均勻混合氣溶膠吸濕增長模型以及大氣能見度的參數化方案；Hannel等則以均勻混合氣溶膠吸濕增長因子為參數，提出了環境條件下氣溶膠等效復折射率的計算式。在上述研究工作的基礎上，孫景群等探討了濕氣溶膠的光散射特性，并利用均勻混合氣溶膠吸濕增長因子得到了氣溶膠消光吸濕增長因子隨相對濕度變化的理論曲線；徐博等分析了吸濕性氣溶膠粒子加熱的等效吸收系數隨時間的變化規律，并著重探討了忽略粒子自身吸收對等效吸收系數的影響，進一步明確了氣溶膠對激光傳輸特性以及輻射強迫的影響。

目前通用的氣溶膠吸濕增長模型難以準確地表征氣溶膠吸濕性的復雜性。另外，氣溶膠吸濕增長因子的測量也受到技術與設備復雜性的制約。為此，本發明通過對大氣消光系數進行組分分解，并借助米散射理論，構建了以均勻混合氣溶膠吸濕增長因子為唯一變量的目標函數，據此提出了反演均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的免疫進化算法。進一步利用成都市2017年10～12月濁度計，黑碳儀和GRIMM180環境顆粒物監測儀的逐時觀測資料以及該時段同時次的環境氣象監測數據(大氣能見度，相對濕度RH和NO2質量濃度)，對反演算法的性能和適用性進行了評估。

發明內容

本發明的目的在于提供一種針對均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的反演算法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種針對均勻混合氣溶膠吸濕增長因子的反演算法，包括以下步驟：

S1：選取資料：包括一時段內濁度計，黑碳儀和GRIMM180環境顆粒物監測儀的逐時觀測資料，以及該時段同時次的環境氣象監測數據(大氣能見度，相對濕度RH和NO₂質量濃度)；

S2：資料處理：對大氣消光系數進行組分分解，借助米散射理論，構建以均勻混合氣溶膠吸濕增長因子為唯一變量的目標函數；

S3：據此反演了均勻混合氣溶膠吸濕增長因子；