[發明專利]基于普適吸濕增長方案的灰霾消光監測方法

有效

• 申請號: 202010070700.3
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111220511B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王哲;楊文夷;陳學舜;潘小樂;王自發
• 申請（專利權）人: 中國科學院大氣物理研究所
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/49
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種基于普適吸濕增長方案的灰霾消光監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，對于每一種特定單一化學組分顆粒物，均執行步驟1.1-步驟1.4，由此確定該特定單一化學組分顆粒物的吸濕參數κ及吸濕參數κ的不確定性范圍[κ_min，κ_max]：

步驟1.1，利用觀測儀器獲取特定單一化學組分干顆粒物的直徑D_d和特定相對濕度RH條件下吸濕后顆粒物的直徑D；

步驟1.2，重復步驟1.1n次，共進行n次觀測試驗；n次觀測試驗的觀測結果分別為：D_d1、D₁，D_d2、D₂,…,D_dn、D_n；其中，D_di為第i次試驗時得到的特定單一化學組分干顆粒物的直徑；D_i為第i次試驗時得到的同一化學組分的顆粒物在特定相對濕度RH條件下吸濕后顆粒物的直徑D；其中，i＝1,2,…,n；

根據公式(1)計算每次觀測試驗對應的吸濕增長因子GF_i：

由此共得到n個吸濕增長因子，分別為：GF₁、GF₂,…,GF_n；

步驟1.3，將n個吸濕增長因子GF₁、GF₂,…,GF_n求平均，得到特定相對濕度RH條件下吸濕增長因子的平均值M_GF；

估算n個吸濕增長因子GF₁、GF₂,…,GF_n的標準差σ_GF，則吸濕增長因子GF的不確定性范圍為：M_GF-σ_GF≤GF≤M_GF+σ_GF；

步驟1.4，將特定相對濕度RH條件下吸濕增長因子的平均值M_GF代入公式(2)，得到特定單一化學組分顆粒物的吸濕參數κ；

其中：

σ_s/a為顆粒物溶液表面張力，M_w為水的摩爾質量，R為氣體常數，T為溫度，ρ_w為液態水密度，D_d為特定單一化學組分干顆粒物的直徑；

將M_GF+σ_GF代入公式(3)，得到吸濕參數κ的最大值κ_max；將M_GF-σ_GF代入公式(4)，得到吸濕參數κ的最小值κ_min；

因此確定κ不確定性范圍：κ_min≤κ≤κ_max；

步驟2，選取多種不同化學組分的顆粒物，均執行步驟1，從而得到每一種化學組分顆粒物的吸濕參數κ及吸濕參數κ的不確定性范圍[κ_min，κ_max]，進而形成吸濕參數κ數據庫；

步驟3，利用觀測儀器測量實際大氣顆粒物組分以及每種組分的粒徑，計算得到實際大氣相對濕度下不同粒徑的大氣顆粒物的吸濕增長因子GF，執行步驟3.1-步驟3.4：

步驟3.1，獲取給定化學組分的顆粒物的吸濕參數κ，包括：

如果待估算吸濕增長特征的顆粒物為單一化學組分的顆粒物，則直接查詢步驟2得到的吸濕參數κ數據庫，得到該化學組分顆粒物的吸濕參數κ及吸濕參數κ的不確定性范圍[κ_min，κ_max]；

如果待估算吸濕增長特征的顆粒物為m種化學組分組成的顆粒物，m為大于1的自然數；則通過查詢步驟2得到的吸濕參數κ數據庫，得到每一種化學組分對應的吸濕參數κ_j，再利用公式(5)得到該顆粒物的吸濕參數κ：

其中：ε_j為第j種顆粒物化學組分占總顆粒物的體積分數；

對于每一種顆粒物化學組分j，通過查詢吸濕參數κ數據庫，均可得到對應的吸濕參數最大值κ_maxj和吸濕參數最小值κ_minj；將各個顆粒物化學組分的吸濕參數最大值取平均值，得到該顆粒物的吸濕參數κ的最大值κ_max；將各個顆粒物化學組分的吸濕參數最小值取平均值，得到該顆粒物的吸濕參數κ的最小值κ_min；

步驟3.2，基于步驟3.1得到的顆粒物的吸濕參數κ和已知的空氣相對濕度RH，求解公式(6)，得到顆粒物吸濕增長因子的四個可能值GF_a、GF_b、GF_c、GF_d：

根據GF為實數且GF≥1的原則，從GF_a、GF_b、GF_c、GF_d中確定最終的顆粒物吸濕增長因子GF；

步驟3.3，基于步驟3.1得到的顆粒物的吸濕參數κ的最大值κ_max和已知的空氣相對濕度RH，求解公式(7)，得到顆粒物吸濕增長因子最大值的四個可能值GF_maxa、GF_maxb、GF_maxc、GF_maxd：

根據GF_max為實數且GF_max≥1的原則，從GF_maxa、GF_maxb、GF_maxc、GF_maxd中確定最終的顆粒物吸濕增長因子的最大值GF_max；

步驟3.4，基于步驟3.1得到的顆粒物的吸濕參數κ的最小值κ_min和已知的空氣相對濕度RH，求解公式(8)，得到顆粒物吸濕增長因子最小值的四個可能值GF_mina、GF_minb、GF_minc、GF_mind：

根據GF_min為實數且GF_min≥1的原則，從GF_mina、GF_minb、GF_minc、GF_mind中確定最終的顆粒物吸濕增長因子的最小值GF_min；

由此得到顆粒物吸濕增長因子GF及吸濕增長因子GF的不確定性范圍[GF_min，GF_max]；

步驟4，基于大氣顆粒物粒徑、組分、顆粒物吸濕增長因子GF和實際大氣濕度數據，利用顆粒物光學散射模型，得到大氣顆粒物及其吸濕導致的灰霾大氣消光系數。

2.根據權利要求1所述的基于普適吸濕增長方案的灰霾消光監測方法，其特征在于，步驟4中，所述散射模型為Mie散射模型。