[發明專利]一種黑碳儀測量氣溶膠吸光系數的校正方法

有效

• 申請號: 202110187528.4
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112881321B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張宇哲;支國瑞;劉世杰;靳文靜;王鐳;李正映;薛志鋼;杜謹宏;張瑋琦;任巖軍;曹晴
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/27
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 嚴勇剛;何春蘭

本發明公開了一種黑碳儀測量氣溶膠吸光系數的校正方法，包括如下步驟：通過黑碳儀測量獲得對應于λ波段的第n個周期下的、第i次測量的光衰減量ATN_n,i(λ)，計算獲得對應于λ波段的第n個周期下的、第i次測量的黑碳儀吸光系數b_ATN,n,i(λ)；通過遮蔽校正參數和散射校正參數，對測量得到的上述黑碳儀吸光系數b_ATN,n,i(λ)進行校正，得到對應于λ波段的第n個周期下的校正后的吸光系數b_cor,n,i(λ)。本發明的校正方法引入了兩個不依賴于額外的“標準”設備的校正參數，因而無需依賴額外的校準設備，可以動態適用于不同環境條件的各種氣溶膠吸光系數的測量，擴展了黑碳儀的應用范圍。

技術領域

本發明涉及環保領域的大氣參數的測量，尤其涉及利用黑碳儀測量氣溶膠吸光系數的方法，特別涉及一種黑碳儀測量氣溶膠吸光系數的校正方法。

背景技術

大氣氣溶膠對地球能量收支具有很重要的影響。根據第五次政府間氣候變化委員會氣候變化評估報告，氣溶膠總體的輻射強迫為-0.9W m^-2，但不確定范圍高達(-1.9W m^-2至-0.1W m^-2)。造成如此高不確定性的原因之一就是無法準確的測量真實氣溶膠吸光系數。

目前，測量氣溶膠吸光系數的方法一般有兩種，一種是利用光聲光譜儀直接測量氣溶膠得到原位吸光系數b_insitu；一種是利用黑碳儀測量光衰減量ATN，然后換算得到黑碳儀吸光系數b_ATN。光聲光譜儀最顯著的優勢是可以對氣溶膠進行原位直接測量，因而直接測量得到的原位吸光系數b_insitu準確度很高，可以視為真實氣溶膠吸光系數。然而光聲光譜儀的缺點是需要實驗環境的背景噪音相對穩定、儀器的清理維護程序繁瑣且儀器價格相對較高，因此在日常觀測中應用并不普遍。黑碳儀運行穩定簡便易用，能夠同時測量紫外至近紅外370、470、520、590、660、880、950nm范圍內七個波段的氣溶膠吸光特性，逐漸在日常氣溶膠觀測中占據主導地位。

黑碳儀通過將空氣中的氣溶膠顆粒物收集在石英纖維濾帶上，每間隔幾分鐘測定七個波段下透過一個點位的激光強度的光衰減量ATN。當光衰減量ATN達到某個設定值時，黑碳儀會自動進帶，更換一段新的石英纖維濾帶，并重新開始在這一段新的石英纖維濾帶上測量光衰減量ATN。這樣周而復始，可以自動完成對空氣中的光衰減量ATN的測量，最后可以換算得出對應于七個波段的黑碳儀吸光系數b_ATN。

通常情況下，黑碳儀吸光系數的計算公式如下：

式中：b_ATN，n，i(λ)表示對應于λ波段石英濾帶上第n周期的第i次測量得到的黑碳儀吸光系數；ATN_n，i(λ)為對應于λ波段石英濾帶上第n周期的第i次測量得到的光衰減量；ATN_n，i-1(λ)為對應于λ波段石英濾帶上第n周期的第i-1次測量得到的光衰減量；A為石英濾帶上的濾點面積；t為兩次測量間隔的時長，此處為5分鐘；Q為氣體流速；100為補償系數。

圖1顯示的是現有技術通過黑碳儀測量氣溶膠吸光系數的原理示意圖。圖中示意性顯示有n個周期的370nm下的測量數據(圖中顯示有兩個周期，即n＝1或n＝2)。圖形中的方形點顯示的數據是通過黑碳儀每間隔5分鐘測量得到光衰減量ATN_n，i換算得到的黑碳儀吸光系數b_ATN，n，i，其表示的含義是第n個周期下的、第i次測量得到的黑碳儀吸光系數。作為對照，圖形中還通過圓形點顯示出了通過光聲光譜儀同樣每間隔5分鐘直接測量得到的b_{insitu，n，i}，其表示的含義是第n個周期下的第i次測量得到的原位吸光系數。