[發明專利]一種多波段合成的黑碳氣溶膠直接輻射效應計算方法

在審

• 申請號: 202010892205.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN113420253A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳偉;王哲;王恒陽
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種多波段合成的黑碳氣溶膠直接輻射效應計算方法，這種方法在目前計算黑碳氣溶膠直接輻射效應的寬波段方法上進行了改進，考慮了天空散射光比在不同窄波段上的差異，使計算出的藍天空反照率考慮了不同窄波段散射的影響。根據太陽光度計觀測出的氣溶膠總光學厚度和微物理參數，結合MODIS 6個窄波段的白天空反照率，輸入到6S輻射傳輸模型中，得到MODIS 6個窄波段的天空散射光比，從而計算出各個窄波段的藍天空反照率，并根據窄波段合成寬帶反照率的公式，得到寬帶短波的藍天空反照率，由于考慮了天空散射光比在不同窄波段上的差異，可以更加精確的數值模擬出黑碳氣溶膠的直接輻射效應。本方法為更加精確的計算黑碳氣溶膠直接輻射效應提供了新的技術路線，為研究氣溶膠對大氣環境和氣候的影響提供了重要的支撐。

技術領域

本發明涉及大氣氣溶膠，大氣環境和大氣遙感技術領域，主要是關于一種多波段合成的黑碳氣溶膠直接輻射效應計算方法。

背景技術

大氣氣溶膠是懸浮在大氣中的固態或液態顆粒，通過吸收和散射太陽輻射，可以改變大氣和地球表面間的能量平衡。大氣氣溶膠不僅對區域氣候有顯著的影響，而且對調節全球氣候起著重要作用。大氣氣溶膠也會造成空氣污染并降低大氣能見度。大氣氣溶膠對人類健康構成重大風險并影響人體呼吸系統的健康。根據大氣氣溶膠的來源，可以分為自然來源和人為來源。黑碳氣溶膠的主要來源是人為來源，通過人為燃煤產生。黑碳氣溶膠是大氣氣溶膠的需要吸收顆粒，具有很強的吸收太陽輻射的能力。黑碳氣溶膠還可以改變大氣和地表的溫度以及大氣的穩定性。黑碳氣溶膠還是短期的氣候效應因素，它對氣候變化，大氣環境和人類健康具有重要影響。目前，中國的黑碳氣溶膠排放量較多，很多學者對中國的黑碳氣溶膠開展了大量的研究，研究其對環境、大氣和人類健康的影響。

黑碳氣溶膠產生的直接輻射效應對大氣輻射平衡有重要影響，可以改變大氣層頂和地表的溫度變化，對研究區域氣候變化有重要意義。黑碳氣溶膠是氣溶膠中有效的輻射效應因子，對總輻射效應的貢獻較高。黑碳氣溶膠的直接輻射效應受多種因素的影響，主要包括氣溶膠光學厚度、藍天空反照率、太陽天頂角和主要氣象條件。黑碳氣溶膠的直接輻射效應可以通過輻射傳輸模型進行數值模擬得到，由于缺乏藍天空反照率產品，因此，計算藍天空反照率是數值模擬黑碳氣溶膠直接輻射效應的關鍵。

目前，一些研究在利用輻射傳輸模型數值模擬黑碳氣溶膠直接輻射效應時，主要采用白天空反照率或黑天空反照率作為輸入參數，忽視了大氣散射效應的影響，計算出的黑碳氣溶膠直接輻射效應有較大的偏差。有些研究采用經驗公式方法，根據經驗公式來計算藍天空反照率，但這種方法不太合理，受太陽天頂角影響較大。有部分研究采用寬波段方法，根據寬帶短波的天空散射光比來計算藍天空反照率，假設寬帶短波的天空散射光比是個常數，忽略了不同波長的天空散射光比的差異，實際上氣溶膠的散射會隨著波長的變化而變化，因此需要一種基于多波段合成的黑碳氣溶膠直接輻射效應的計算方法。

發明內容

本發明的目的在于考慮了天空散射光比在不同窄波段上的差異，更加精確的計算寬帶短波的藍天空反照率，改進了現有技術的不足和缺陷，并提出了一種適用于計算黑碳氣溶膠直接輻射效應的新方法。本文提出的這種多波段合成方法，首先提取出目標研究區域內MODIS 6個窄波段的白天空反照率和黑天空反照率。為了考慮大氣的散射效應在不同窄波段處的差異，根據太陽光度計測量的氣溶膠微物理參數和總光學厚度，結合MODIS 6個窄波段的白天空反照率，輸入到6S輻射傳輸模型中得到6個窄波段的天空散射光比，然后得到6個窄波段的藍天空反照率。根據窄波段合成寬帶短波的反照率公式，最后可以合成出寬帶短波的藍天空反照率。本文改進了傳統黑碳氣溶膠直接輻射效應的計算方法，考慮了大氣在不同波長處散射效應的差異，并與經驗公式方法和寬波段方法計算出的黑碳氣溶膠直接輻射效應進行比較，多波段合成方法的計算結果更具備說服力。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種基于多波段合成的黑碳氣溶膠直接輻射效應方法，包括以下步驟：