一种大气消光系数湿度订正方法技术

本发明专利技术公开了一种大气消光系数湿度订正方法，包括以下步骤：S1：选取资料；S2：资料处理；S3：在相对湿度区间[40％，90％)内逐点分析对数正态分布函数对单位质量大气消光系数的适用性，利用矩法计算对数正态分布函数的尺度参数和形状参数，并对拟合结果进行KS检验；S4：以干燥环境条件下(RH≤40％)单位质量大气消光系数对数正态分布函数的参数为基准，通过数学变换消除湿环境条件下(RH>40％)单位质量大气消光系数对数正态分布形状参数和尺度参数的变化；S5：反演PM

【技术实现步骤摘要】
一种大气消光系数湿度订正方法
本专利技术涉及大气测量
，具体为一种大气消光系数湿度订正方法。
技术介绍
大气消光系数为可见光在大气中传播单位距离时的相对衰减率，是环境空气质量优劣的重要表征。由于气溶胶中的硫酸盐、硝酸盐、铵盐和海盐等无机成分及部分有机物粒子具有吸湿性，在不同水汽条件下，其粒径、质量、密度以及折射指数等微物理参数会发生变化，从而改变气溶胶的光学特性，进而对大气消光系数产生影响。气溶胶吸湿性是联系气溶胶微物理和化学参数的纽带，一直是气溶胶领域研究的热点。气溶胶散射吸湿增长因子为环境条件下气溶胶散射系数与干燥条件下气溶胶散射系数的比值。已有研究表明，气溶胶散射吸湿增长因子的演化与气溶胶类型密切相关。一般而言，海洋型气溶胶的散射吸湿增长因子要明显偏大，城市型和陆地型气溶胶散射吸湿增长因子次之，源于生物质燃烧源的气溶胶散射吸湿增长因子最小。环境大气中气溶胶散射吸湿增长因子可表征为相对湿度(RH)的函数f(RH)，即吸湿增长模型。李成才等利用模型f(RH)＝1/(1-HR/100)a很好地拟合了北京地区的气溶胶散射吸湿增长因子随相对湿度的变化特征；Song等分析了气溶胶散射吸湿增长模型f(RH)＝a+b(1-HR/100)-1+c(1-HR/100)-2(ɑ、b和c为参数)在东亚地区的适用性，并给出了模型参数参数在不同季节的取值；尹单丹等通过多模型比对，提出了表征成都地区秋冬季气溶胶散射消光吸湿增长的最优模型。近地面颗粒物质量浓度是指经过50℃烘干的干粒子质量浓度，它与干燥环境下的大气消光系数呈现出显著的线性关系。由于气溶胶吸湿性对大气消光系数的非线性作用，大气消光系数和颗粒物质量浓度之间的线性统计关系对湿度的变化非常敏感。因此，对大气消光系数进行湿度订正是利用卫星气溶胶光学厚度产品(AOD)反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节，具有重要的应用价值。基于气溶胶散射吸湿增长因子的湿度订正是消除湿度变化对大气消光系数影响的通用方法，陶金花等基于RAMS模拟结果和MODIS气溶胶光学厚度数据，在求取近地面环境大气消光系数的基础上，利用北京市周边的气溶胶散射吸湿增长因子f(RH)进行湿度订正，反演的近地面PM2。5质量浓度和地面监测数据在趋势上基本一致。受颗粒物质量浓度、吸湿性以及化学组分等因素的共同作用，大气消光系数序列演化是非常复杂的，并具有明显的随机性特征。崔蕾等针对成都地区的研究表明，经气溶胶散射吸湿增长因子订正后的大气消光系数序列，其统计参数(均值和方差)仍对湿度的变化存在显著的响应。由上分析可见，现行湿度订正方法缺乏对大气消光系数序列特性的深入分析，它只是部分消除了湿度变化对大气消光系数统计特征的影响，算法的设计和实际应用两个方面均存在明显的瑕疵，相关理论支撑亟待夯实。基于此，本专利技术分析了相对湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布函数的影响，以干燥环境条件下(RH≤40％)单位质量大气消光系数对数正态分布函数的参数为基准，通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数统计特征的影响，据此提出了一种大气消光系数湿度订正方法，并进一步实例验证了该原理的适用性。通过以解决上述提到的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大气消光系数湿度订正方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大气消光系数湿度订正方法，包括以下步骤：S1：选取资料：包括一时段内逐时观测的PM2.5颗粒物质量浓度、大气能见度以及相对湿度(RH)数据；S2：资料处理：剔除相对湿度大于90％条件下的所有样本，并对PM2.5颗粒物质量浓度进行质量控制；S3：在相对湿度区间[40％，90％)内逐点分析对数正态分布函数对单位质量大气消光系数的适用性，利用矩法计算对数正态分布函数的尺度参数和形状参数，并对拟合结果进行KS检验；S4：以干燥环境条件下(RH≤40％)单位质量大气消光系数对数正态分布函数的参数为基准，通过数学变换消除湿环境条件下(RH>40％)单位质量大气消光系数对数正态分布形状参数和尺度参数的变化；S5：反演PM2.5质量浓度。优选的，所述步骤S3中，单位质量大气消光系数如下公式(1)式中，当对比感阈μ为0.05时，在550nm波长处环境大气消光系数bext，550nm(RH)(m-1)与大气能见度V(m)的关系如下公式(2)：为大气中PM2.5颗粒物质量浓度(μg·m-3)。优选的，所述对数正态分布函数如下公式(3)：式中，μ为尺度参数，δ为形状参数。优选的，所述步骤S4具体包括以下步骤S4.1：将相对湿度RH≤40％视为干燥环境条件，计算干燥环境条件下单位质量大气消光系数对数正态分布函数的尺度参数(μ≤40)和形状参数(δ≤40)；S4.2：分别对相对湿度区间(40％，41％]，(41％，42％]，…，(88％，89％]内的单位质量大气消光系数进行数学变换，见式(5)，式中ai和bi为待定参数；式中，记550nm处单位质量大气消光系数Eext，550nm(RH)(m2·μg-1)为Eij，其中，i＝1，2，3，…，50，分别对应于相对湿度区间(0，40]，(40％，41％]，(41％，42％]，…，(88％，89％]；j＝1，2，3，…，Ki-1，Ki代表上述相对湿度区间i内的样本量；S4.3：联立式(6)、(7)求解ai和bi，μi＝μ≤40(6)δi＝δ≤40(7)式中，μi和δi分别代表上述不同湿度区间单位质量大气消光系数对数正态分布函数的尺度参数和形状参数；S4.4：按式(5)对不同湿度区间内的单位质量大气消光系数进行订正，据此得到干燥环境下的单位质量大气消光系数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、通过本专利技术的方法可以知道相对湿度的变化不改变单位质量大气消光系数正态分布函数的适用性，但对其形状参数和尺度参数会造成显著的影响，二者随相对湿度的增加均呈现出波动型的增长；2、以干燥环境条件下(RH≤40％)单位质量大气消光系数对数正态分布函数的参数为基准，通过数学变换消除湿环境条件下(RH>40％)单位质量大气消光系数对数正态分布函数相应参数的变化，从而保证在不同湿度条件下单位质量大气消光系数统计特征的一致性；3、本专利技术的大气消光系数湿度订正方法显著优于利用气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果，为利用卫星气溶胶光学厚度产品反演近地面颗粒物质量浓度提供了新途径。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的附图。图1为本专利技术KS检验统计量和临界值随RH的变化图；图2为本专利技术对数正态分布参数随RH的变化图；...

【技术保护点】
1.一种大气消光系数湿度订正方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：选取资料：包括一时段内逐时观测的PM

【技术特征摘要】
1.一种大气消光系数湿度订正方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：选取资料：包括一时段内逐时观测的PM2.5颗粒物质量浓度、大气能见度以及相对湿度(RH)数据；
S2：资料处理：剔除相对湿度大于90％条件下的所有样本，并对PM2.5颗粒物质量浓度进行质量控制；
S3：在相对湿度区间[40％，90％)内逐点分析对数正态分布函数对单位质量大气消光系数的适用性，利用矩法计算对数正态分布函数的尺度参数和形状参数，并对拟合结果进行KS检验；
S4：以干燥环境条件下(RH≤40％)单位质量大气消光系数对数正态分布函数的参数为基准，通过数学变换消除湿环境条件下(RH>40％)单位质量大气消光系数对数正态分布形状参数和尺度参数的变化；
S5：反演PM2.5质量浓度。


2.根据权利要求1所述的一种大气消光系数湿度订正方法，其特征在于：所述步骤S3中，单位质量大气消光系数如下公式(1)



式中，当对比感阈μ为0.05时，在550nm波长处环境大气消光系数bext，550nm(RH)(m-1)与大气能见度V(m)的关系如下公式(2)：




为大气中PM2.5颗粒物质量浓度(μg·m-3)。


3.根据权利要求1所述的一种大气消光系数湿度订正方法，其特征在于：所述对数正...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪长健，李川，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51