[發明專利]耦合吸收性氣溶膠模型的大氣矢量輻射傳輸模擬方法

有效

• 申請號: 202010588944.0
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111709180B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 吳俁;程天海;韓澤瑩
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發明涉及一種耦合吸收性氣溶膠模型的大氣矢量輻射傳輸模擬方法，將大氣條件進行劃分；基于每種大氣條件下黑碳、棕碳、沙塵、有機物和無機鹽的體積等效粒子半徑譜分布，按照各種比例混合形成混合氣溶膠的體積等效粒子半徑譜分布；根據混合氣溶膠包含的微觀形態和吸濕增長特性，按照不同成份的不同混合比例和對應的體積等效粒子半徑，建立高濃度吸收性氣溶膠的微觀三維模型和單次散射模型；計算獲得混合氣溶膠的光學散射特性，解算獲得整層大氣的矢量輻射特性。通過耦合吸收性氣溶膠模型，在不同大氣條件下，考慮了氣溶膠的多成份混合比例、復雜微觀形態和吸濕增長效應，改善了灰霾和沙塵高濃度氣溶膠條件下的矢量輻射傳輸模擬精度。

技術領域

本發明涉及大氣輻射傳輸模擬技術領域，尤其涉及一種耦合吸收性氣溶膠模型的大氣矢量輻射傳輸模擬方法。

背景技術

隨著經濟的發展，我國大氣環境問題日趨嚴重。日益頻發的灰霾等高濃度氣溶膠污染天氣，造成區域空氣質量的惡化，直接危害國民身體健康，同時造成大氣能見度下降，阻礙交通出行。當前我國環境監測與研究手段主要基于地面分散的環境監測站點，大氣環境的及時、準確、大范圍、動態監測和評估能力薄弱。隨著我國大氣污染形勢的日益嚴峻，利用衛星遙感進行大氣污染監測已成為不可或缺的技術手段。

目前，通常利用多角度偏振衛星遙感技術進行灰霾等高濃度氣溶膠天氣下的氣溶膠特性及其時空分布的動態監測應用。例如，國內高分五號衛星搭載的大氣氣溶膠多角度偏振探測儀，具有觀測角度多、偏振信息豐富等特點，對于典型灰霾天氣下細顆粒物中的高濃度吸收性氣溶膠具有較高的識別能力，是目前國內最重要的多角度偏振衛星遙感載荷。

矢量輻射傳輸模型定量描述輻射在地表-大氣耦合介質中的傳輸過程，是氣溶膠衛星遙感反演的核心技術。氣溶膠衛星遙感反演的精度直接受制于地氣耦合系統的矢量輻射傳輸過程模擬的準確性。目前通用的氣溶膠衛星遙感反演模型，主要基于耦合國外氣溶膠特性的輻射傳輸模型來構建。由于中國區域高濃度氣溶膠的特殊性，目前國外衛星遙感通用的輻射傳輸模型，無法有效應用于中國區域的灰霾等高濃度氣溶膠條件下的衛星遙感反演。這導致氣溶膠遙感反演精度不高，不能有效地服務于高分五號衛星多角度偏振探測儀的氣溶膠監測應用。

目前通用的氣溶膠衛星遙感反演模型，主要基于耦合國外氣溶膠特性的輻射傳輸模型來構建，如6SV、MODTRAN等模型。但是由于這些模型中的氣溶膠特性參數都是基于國外觀測獲得，與國內灰霾等天氣下的高濃度吸收性氣溶膠理化光學特性具有較大的差異，無法準確模擬國內灰霾天氣下的大氣矢量輻射傳輸過程，制約氣溶膠遙感反演精度。

在國外通用的大氣矢量輻射傳輸模型中，真實場景中的氣溶膠具有復雜微觀形態，被假設為標準球形形態和橢球體形態，如圖1所示，可以有效解決晴空和沙塵高濃度天氣下的多角度偏振反射特性模擬需求。但是，針對灰霾天氣下的高濃度吸收性氣溶膠，這些模型模擬獲得的光學特性與真實場景仍然具有較大差異，無法滿足多角度偏振反射特性模擬的精度要求。

發明內容

針對目前通用的氣溶膠衛星遙感反演模型精度低的現狀，本發明提供一種耦合吸收性氣溶膠模型的大氣矢量輻射傳輸模擬方法，基于中國區域灰霾等高濃度氣溶膠特性，在不同大氣條件下，考慮了氣溶膠的多成份混合比例、復雜微觀形態和吸濕增長效應，改善了灰霾和沙塵高濃度氣溶膠條件下的矢量輻射傳輸模擬精度。

為達到上述目的，本發明提供了一種耦合吸收性氣溶膠模型的大氣矢量輻射傳輸模擬方法，包括：

將大氣條件按照氣溶膠光學厚度及氣溶膠粒子半徑譜分布劃分為晴空條件、灰霾高濃度氣溶膠條件以及沙塵高濃度氣溶膠條件；

基于每種大氣條件下黑碳、棕碳、沙塵、有機物和無機鹽的體積等效粒子半徑譜分布，獲得每種大氣條件下黑碳、棕碳、沙塵、有機物和無機鹽按照各種比例混合形成混合氣溶膠的體積等效粒子半徑譜分布；