基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，利用移动AHSA观测获取空间分布的大气污染物(二氧化氮、二氧化硫、甲醛等)的差分斜柱浓度结果，利用气象化学模型模拟获取的大气信息，输入到大气辐射传输中计算出大气光子路径信息，进一步转化差分斜柱浓度结果为对流层垂直柱浓度结果，结合气象化学模型模拟的风场信息计算获取污染源的排放通量结果。该方法使用遥感方法间接、快速、准确量化大气污染物排放通量结果，为大气环境污染提供了有力的监测手段，同时，大气污染物排放通量计算结果，为大气环境治理提供必要的数据支持。

Acquisition Method of Atmospheric Pollutant Emission Flux Based on Mobile AHSA Observation

【技术实现步骤摘要】
基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法
本专利技术涉及环境科学、地基遥感
，尤其涉及一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法。
技术介绍
随着经济、社会的快速发展，环境问题日益加重，如何解决环境问题受到国际社会的普遍关注。环境污染的有力监测，可以为环境治理提供必要的数据支持。目前，我国在区域大气环境污染监测方面，主要是以地面采样为主，辅以适当的探空观测等对区域大气环境的污染状况进行观测研究，缺少对大气污染物排放通量的获取以及有针对性的对大气污染源排放特征的定量分析研究。移动AHSA(边界层大气成分高光谱扫描与分析仪)观测作为地基遥感的一种，相对于传统的地面采样分析技术具有其快速、准确、信息量大、针对性强等特点在大气环境监测领域具有独特的优势。同时，我国又迫切需要获取城市、化工厂、电厂等重大污染源的污染物排放通量结果，并且污染源排放数据可以同化在大气化学模型数值模拟研究中，以便更准确的呈现大气混合演化过程，为大气环境治理提供有力的数据支持。然而，目前还没有较为准确的用于大气污染物排放通量的计算方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，用于解决对大气污染物排放通量的量化难题，拓展地基AHSA的应用范围(搭载在移动平台上)，实现对主要大气污染物(二氧化氮、二氧化硫、甲醛等)排放的快速、准确量化，以及对主要污染源的有效监测，满足我国大气污染气体的排放总量监测，为大气污染源排放特征量化研究提供关键的数据支持。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，包括：基于差分吸收光谱解析方法，使用光谱分析算法反演分析移动AHSA观测的散射光谱数据，获取大气污染物的差分斜柱浓度；使用气象化学模型模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息；将模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息输入到大气辐射传输模型中计算获得大气光子路径结果；使用大气光子路径结果将大气污染物的差分斜柱浓度转化为对流层垂直柱浓度；结合对流层垂直柱浓度与预先获得的风场信息，采用环路积分方法计算获得大气污染物的排放通量。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，其主要获得如下有益效果：1)光谱拟合反演过程中采用固定参考谱设置，扣除相同的平流层背景信息，有效避免不同观测位置处不同背景值对污染物浓度的影响。2)基于移动AHSA观测，获取主要大气污染气体(二氧化氮、二氧化硫、甲醛等)的柱浓度的空间分布结果，能够直接呈现污染物的时空分布信息。3)采用大气辐射传输模型计算大气光子路径信息，较简单的几何近似方法，充分考虑了实际观测的大气信息(温度、压力廓线，气溶胶信息、气体信息等)、以及观测的几何信息(太阳天顶角，观测方位角等)，能够获得更为精确的大气光子路径结果，进一步获得高质量的大气污染物垂直柱浓度结果。4)采用模型模拟获得的高分辨的风场信息，较有限的观测，能够提供更高的空间分辨率(水平方向最高可实现1km×1km，垂直方向高度可达到大气压为5000pa处对应高度)、时间分辨率(最高可实现10min)，弥补实际观测时间空间分辨率的不足(实测数据可以用来验证模型模拟结果，确保模型模拟的准确性、可靠性)。5)建立基于地基遥感获取大气污染物排放通量的方案，实现快速、准确量化大气污染物排放通量，以及对大气污染源排放的有效监测。满足我国大气污染气体的排放总量监测，为大气污染源排放特征量化研究提供关键的数据支持。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法的流程图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，其主要包括如下步骤：步骤一、基于差分吸收光谱解析方法，使用光谱分析算法反演分析移动AHSA观测的散射光谱数据，获取大气污染物的差分斜柱浓度。本专利技术实施例中，上述大气污染物主要包括二氧化氮、二氧化硫、甲醛等。本专利技术实施例中，所述移动AHSA观测的散射光谱数据为多个角度的散射光谱数据，示例性的，可以为22°或者30°(测量谱)，90°(参考谱)的太阳散射光谱。在实现过程中，可以利用差分吸收光谱解析方法，考虑不同大气污染物的特征吸收结构定性定量分析获得二氧化氮、二氧化硫、甲醛等大气污染物差分斜柱浓度结果。反演过程基于差分吸收光谱解析方法，使用光谱分析算法对测得的太阳散射光谱进行反演，计算二氧化氮、二氧化硫、甲醛等痕量气体的差分斜柱浓度结果。同时在光谱反演之前要扣除仪器暗电流的影响以及矫正光谱偏移。具体的是使用采集的90°光谱作为夫琅禾费参考谱，结合测量谱反演获得不同气体的差分斜柱浓度结果，反演过程中根据拟合的残差以及拟合误差量级判定拟合的质量，获得高精度的差分斜柱浓度结果。步骤二、使用气象化学模型模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶、以及相关大气污染物的廓线信息。示例性的，气象化学模型模拟过程中可使用美国国家环境预测中心通过全球预测模型得到的数据(0.5°的空间分辨率和6小时的时间分辨率)作为气象场模拟的初始和边界条件。在模拟大气化学过程中，综合考虑光化学机制与气溶胶相互作用等化学过程。人为排放输入数据可来源于高分辨率的中国排放清单数据。根据研究需要可以获得不同水平、垂直分辨率的模型数据。步骤三、将模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息输入到大气辐射传输模型中计算获得大气光子路径结果。大气辐射传输模型能够计算权重函数、大气光子路径、斜柱浓度、垂直光学厚度等多种参量。大气辐射传输模型计算过程考虑了Rayleigh散射、Mie散射、地表反照率和大气折射，可以计算出大气中任意高度多种观测模式的光谱模拟。大气辐射传输模型的模拟输入参数包括了气溶胶参数、压强温度廓线，地面反照率，云等大气模拟参数。步骤四、使用大气光子路径结果将大气污染物的差分斜柱浓度转化为对流层垂直柱浓度。本专利技术实施例中，可通过如下公式将大气污染物的差分斜柱浓度转化为对流层垂直柱浓度：其中，VCD为大气污染物的垂直柱浓度，DSCDtrop为对流层大气污染物的差分斜柱浓度，AMF为大气光子路径，α为观测仰角。步骤五、结合对流层垂直柱浓度与风场信息，采用环路积分方法计算获得大气污染物的排放通量。本专利技术实施例中，所述预先获得的风场信息为实测的风场信息，或者通过气象化学模型模拟得到的风场信息，图1所示流程以后者为例。本专利技术实施例中，采用环路积分方法计算获得大气污染物的排放通量的公式如下：Flux＝∮VCD·V⊥·ds；将环路积分转化为有限的观测片段累和，则大气污染物的排放通量具体计算过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，其特征在于，包括：基于差分吸收光谱解析方法，使用光谱分析算法反演分析移动AHSA观测的散射光谱数据，获取大气污染物的差分斜柱浓度；使用气象化学模型模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息；将模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息输入到大气辐射传输模型中计算获得大气光子路径结果；使用大气光子路径结果将大气污染物的差分斜柱浓度转化为对流层垂直柱浓度；结合对流层垂直柱浓度与预先获得的风场信息，采用环路积分方法计算获得大气污染物的排放通量。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，其特征在于，包括：基于差分吸收光谱解析方法，使用光谱分析算法反演分析移动AHSA观测的散射光谱数据，获取大气污染物的差分斜柱浓度；使用气象化学模型模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息；将模拟得到大气温度、压力廓线，气溶胶以及相关大气污染物的廓线信息输入到大气辐射传输模型中计算获得大气光子路径结果；使用大气光子路径结果将大气污染物的差分斜柱浓度转化为对流层垂直柱浓度；结合对流层垂直柱浓度与预先获得的风场信息，采用环路积分方法计算获得大气污染物的排放通量。2.根据权利要求1所述的一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，其特征在于，所述移动AHSA观测的散射光谱数据为多个角度的散射光谱数据。3.根据权利要求2所述的一种基于移动AHSA观测的大气污染物排放通量获取方法，其特征在于，所述使用大气光子路径结果将大气污染物的差分斜柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘诚，谈伟，朱一芝，邢成志，刘浩然，季祥光，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34