[發(fā)明專利]基于地基MAX-DOAS的大氣水汽垂直分布及輸送通量的測算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010466911.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN111707622B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昂;任紅梅;胡肇?zé)j;謝品華;徐晉;黃業(yè)園;李曉梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31;G01N21/47
• 代理公司: 合肥興東知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34148
• 代理人: 姜玲燕

1.基于地基MAX-DOAS的大氣水汽垂直分布及輸送通量的測算方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)水汽垂直分布的測算

1.1)利用地基MAX-DOAS技術(shù)，計(jì)算不同仰角下的O₄的斜柱濃度和水汽的斜柱濃度將不同仰角下的O₄的斜柱濃度和水汽的斜柱濃度分別扣除夫瑯禾費(fèi)線的干擾，獲得不同仰角下的O₄的差分斜柱濃度和水汽的差分斜柱濃度將每組測量循環(huán)中非90°仰角下的O₄的差分斜柱濃度和水汽的差分斜柱濃度分別對(duì)應(yīng)減去90°仰角下的O₄的差分斜柱濃度和水汽的差分斜柱濃度，獲得O₄的對(duì)流層差分斜柱濃度和水汽的對(duì)流層差分斜柱濃度

1.2)計(jì)算不同仰角下的大氣質(zhì)量因子AMF，將每組測量循環(huán)中非90°仰角下的大氣質(zhì)量因子減去90°仰角下的大氣質(zhì)量因子，獲得對(duì)流層大氣質(zhì)量因子ΔAMF，將水汽的對(duì)流層差分斜柱濃度除以對(duì)流層大氣質(zhì)量因子ΔAMF，獲得水汽的垂直柱濃度

(2)水汽輸送通量的測算

2.1)獲取研究區(qū)域的緯向風(fēng)廓線和徑向風(fēng)廓線，分別耦合研究區(qū)域的水汽濃度廓線，計(jì)算t時(shí)刻水汽濃度廓線垂直分辨率下各層高度的緯向水汽點(diǎn)輸送通量和徑向水汽點(diǎn)輸送通量；然后將t時(shí)刻水汽濃度廓線垂直分辨率下每層高度的緯向水汽點(diǎn)輸送通量和徑向水汽點(diǎn)輸送通量分別進(jìn)行迭加求和，獲得t時(shí)刻對(duì)流層整層的緯向水汽總點(diǎn)輸送通量和徑向水汽總點(diǎn)輸送通量；

2.2)獲取研究區(qū)域的垂直于緯向風(fēng)的橫跨距離s和垂直于徑向風(fēng)的橫跨距離l，將t時(shí)刻對(duì)流層整層的緯向水汽總點(diǎn)輸送通量乘以s，徑向水汽總點(diǎn)輸送通量乘以l，獲得t時(shí)刻研究區(qū)域的緯向水汽總輸送通量和徑向水汽總輸送通量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基MAX-DOAS的大氣水汽垂直分布及輸送通量的測算方法，其特征在于：步驟(1)還包括以下測算：

1.3)將O₄的對(duì)流層差分斜柱濃度代入基于最優(yōu)估算法的廓線反演算法中，迭代反演出氣溶膠消光系數(shù)垂直廓線，然后將氣溶膠消光系數(shù)垂直廓線和水汽的對(duì)流層差分斜柱濃度代入基于最優(yōu)估算法的廓線反演算法中，迭代反演出水汽垂直分布廓線。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于地基MAX-DOAS的大氣水汽垂直分布及輸送通量的測算方法，其特征在于：步驟1.3)中，最優(yōu)估算法的價(jià)值函數(shù)表達(dá)式如式一所示，迭代過程式如式二所示：

式一中，x是狀態(tài)向量，由N個(gè)元素組成；y是測量向量，由M個(gè)元素組成；F為將給定的氣體廓線信息轉(zhuǎn)換為ΔSCD值的前向模型函數(shù)，x_a為先驗(yàn)狀態(tài)向量，σ_ε為測量誤差，σ_a為先驗(yàn)狀態(tài)誤差，下標(biāo)n表示N個(gè)元素中的第n個(gè)元素的，下標(biāo)m表示M個(gè)元素中的第m個(gè)元素的；

式二中，T為轉(zhuǎn)置矩陣，K為權(quán)重函數(shù)矩陣，γ為修正系數(shù)；S_ε為測量誤差協(xié)方差矩陣(M×M)，其對(duì)角線上的值為測量誤差σ_ε的平方；S_a為先驗(yàn)協(xié)方差矩陣(N×N)，其對(duì)角線上的值是先驗(yàn)狀態(tài)誤差σ_a的平方，下標(biāo)i+1表示當(dāng)前的，下標(biāo)i表示先前的。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于地基MAX-DOAS的大氣水汽垂直分布及輸送通量的測算方法，其特征在于：步驟1.3)中，反演水汽垂直分布廓線時(shí)，還需將水汽先驗(yàn)廓線代入基于最優(yōu)估算法的廓線反演算法中，水汽先驗(yàn)廓線采用研究區(qū)域的每月水汽探空廓線月均值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于地基MAX-DOAS的大氣水汽垂直分布及輸送通量的測算方法，其特征在于：步驟1.1)中，當(dāng)水汽濃度高至出現(xiàn)飽和吸收的現(xiàn)象時(shí)，在計(jì)算不同仰角下的水汽的斜柱濃度的過程中，使用飽和校正后的水汽吸收截面σ(λ)_satu進(jìn)行計(jì)算，σ(λ)_satu的計(jì)算公式如式三所示：

式三中，σ(λ)_h表示水汽高分辨率吸收截面，H表示光譜儀的狹縫函數(shù)。