大气气溶胶反演方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及遥感技术领域，提供一种大气气溶胶反演方法、装置和电子设备，大气气溶胶反演方法包括：建立气溶胶成分—微物理—光学的前向模型；基于卫星观测值和所述前向模型的卫星模拟值，通过最优化反演方法进行求解，反演得到大气气溶胶成分；其中，所述前向模型中的气溶胶成分混合模型的构建方法包括：模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程；计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数。本发明专利技术实施例用以解决现有技术中现有方法无法反演水溶性成分中的吸湿和非吸湿性成分的缺陷。分中的吸湿和非吸湿性成分的缺陷。分中的吸湿和非吸湿性成分的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
大气气溶胶反演方法、装置和电子设备


[0001]本专利技术涉及遥感
，尤其涉及一种大气气溶胶反演方法、装置和电子设备。

技术介绍

[0002]大气气溶胶不仅影响气候变化，对人体健康也有严重危害。然而，其不同成分产生的辐射强迫效应具有差异，且对人体危害程度也存在不同。故而，大气气溶胶成分的监测是气候变化评估、大气环境精准治理的必要手段。
[0003]当前，已发表该领域最先进的技术是法国里尔大学团队针对多角度偏振卫星POLDER/PARASOL(Polarization and Directionality of the Earth
’
s Reflectance)的多源数据统计优化算法(GRASP,Generalized Retrieval of Aerosol and Surface Properties)，其中化学模块实现了对地基遥感算法的移植，可较好的实现气溶胶吸光性成分的反演(Li et al.2019)。
[0004]由于大气气溶胶颗粒物中不仅存在吸湿性显著的无机盐，同时还存在吸湿性较差的有机物，它们皆可溶于水中，不同的是无机盐引起气溶胶颗粒的吸湿过程，促进气溶胶颗粒的粒径增加。若要准确的计算该过程，需同时考虑无机盐与有机物在水溶液中的共同作用。然而，Li等的算法对此过程仅简化处理为使用实验室中测量的单一硝酸铵成分吸湿过程所产生的吸湿效应。不仅未考虑水溶性有机物在吸湿增长中的作用，且高估了无机盐与水在整体气溶胶中吸湿增长的贡献。这种做法不仅导致Li等的算法无法估算有机物成分，且其估计的无机盐成分也存在较大偏差。即现有方法无法反演水溶性成分中的吸湿和非吸湿性成分，卫星遥感反演的气溶胶成分种类不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种大气气溶胶反演方法、装置和电子设备，用以解决现有技术中现有方法无法反演水溶性成分中的吸湿和非吸湿性成分的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种大气气溶胶反演方法，包括：
[0007]建立气溶胶成分—微物理—光学的前向模型；
[0008]基于卫星观测值和所述前向模型的卫星模拟值，通过最优化反演方法进行求解，反演得到大气气溶胶成分；
[0009]其中，所述前向模型中的气溶胶成分混合模型的构建方法包括：
[0010]模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程；
[0011]计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数。
[0012]根据本专利技术提供的一种大气气溶胶反演方法，所述模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程包括：
[0013]基于卡帕
‑
寇拉原理以及环境相对湿度，得到溶质体积、溶液体积、吸湿参数以及环境相对湿度的关系。
[0014]根据本专利技术提供的一种大气气溶胶反演方法，所述溶质体积、溶液体积、吸湿参数
以及环境相对湿度的关系通过以下公式表示：
[0015][0016][0017]其中，f
i
是第i种气溶胶水溶性成分的体积占溶液体积的体积比，V
i
是第i种水溶性成分的体积，V
s
为溶质体积，V
w
为水的体积，κ为混合成分的吸湿参数，RH为环境相对湿度。
[0018]根据本专利技术提供的一种大气气溶胶反演方法，所述计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数包括：
[0019]计算大气气溶胶中波长λ处的混合成分的摩尔折射率；
[0020]基于所述混合成分的摩尔折射率和单一成分的复折射指数的虚部，求出多元溶液体系在波长λ处的复折射指数。
[0021]根据本专利技术提供的一种大气气溶胶反演方法，所述计算大气气溶胶中波长λ处的混合成分的摩尔折射率通过如下公式实现：
[0022][0023][0024]其中，A
e
(λ)表示波长λ处的混合成分的摩尔折射率；A
i
(λ)是混合成分中第i组分的摩尔折射率；n
i
(λ)表示单一成分的复折射指数的实部；f
i
是第i种气溶胶水溶性成分的体积占溶液体积的体积比；
[0025]所述基于所述混合成分的摩尔折射率和单一成分的复折射指数的虚部，求出多元溶液体系在波长λ处的复折射指数通过如下公式实现：
[0026][0027][0028]n
e
(λ)表示多元溶液体系在波长λ处的复折射指数的实部；k
e
(λ)表示多元溶液体系在波长λ处的复折射指数的虚部；A
e
(λ)表示波长λ处的混合成分的摩尔折射率；f
i
是第i种气溶胶水溶性成分的体积占溶液体积的体积比；k
i
(λ)表示单一成分的复折射指数的虚部。
[0029]根据本专利技术提供的一种大气气溶胶反演方法，所述前向模型中的气溶胶成分混合模型的构建方法，还包括：
[0030]基于所述多元溶液体系在波长λ处的复折射指数，根据等效介质原理计算气溶胶的复折射指数。
[0031]本专利技术还提供一种大气气溶胶反演装置，包括：
[0032]前向模型建立模块，用于建立气溶胶成分—微物理—光学的前向模型；
[0033]反演模块，用于基于卫星观测值和所述前向模型的卫星模拟值，通过最优化反演方法进行求解，反演得到大气气溶胶成分；
[0034]其中，所述前向模型中的气溶胶成分混合模型的构建模块包括：
[0035]模拟模块，用于模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程；
[0036]计算模块，用于计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数。
[0037]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述大气气溶胶反演方法。
[0038]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述大气气溶胶反演方法。
[0039]本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述大气气溶胶反演方法。
[0040]本专利技术提供的大气气溶胶反演方法、装置和电子设备，通过在前向模型构建过程中，基于模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程；以及计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数构建气溶胶成分混合模型，再基于卫星观测值和所述前向模型的卫星模拟值，通过最优化反演方法进行求解，反演得到大气气溶胶成分，实现基于卫星遥感反演大气气溶胶成分，同时使得反演水溶性成分中的吸湿和非吸湿性成分变为可能。本专利技术实施例也使可遥感的气溶胶成分种类进一步完善，更逼近真实大气中的气溶胶成分种类。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气气溶胶反演方法，其特征在于，包括：建立气溶胶成分—微物理—光学的前向模型；基于卫星观测值和所述前向模型的卫星模拟值，通过最优化反演方法进行求解，反演得到大气气溶胶成分；其中，所述前向模型中的气溶胶成分混合模型的构建方法包括：模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程；计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数。2.根据权利要求1所述的大气气溶胶反演方法，其特征在于，所述模拟大气气溶胶中混合溶液的吸湿过程包括：基于卡帕
‑
寇拉原理以及环境相对湿度，得到溶质体积、溶液体积、吸湿参数以及环境相对湿度的关系。3.根据权利要求2所述的大气气溶胶反演方法，其特征在于，所述溶质体积、溶液体积、吸湿参数以及环境相对湿度的关系通过以下公式表示：吸湿参数以及环境相对湿度的关系通过以下公式表示：其中，f
i
是第i种气溶胶水溶性成分的体积占溶液体积的体积比，V
i
是第i种水溶性成分的体积，V
s
为溶质体积，V
w
为水的体积，κ为混合成分的吸湿参数，RH为环境相对湿度。4.根据权利要求1所述的大气气溶胶反演方法，其特征在于，所述计算大气气溶胶中多元溶液体系的复折射指数包括：计算大气气溶胶中波长λ处的混合成分的摩尔折射率；基于所述混合成分的摩尔折射率和单一成分的复折射指数的虚部，求出多元溶液体系在波长λ处的复折射指数。5.根据权利要求4所述的大气气溶胶反演方法，其特征在于，所述计算大气气溶胶中波长λ处的混合成分的摩尔折射率通过如下公式实现：所述计算大气气溶胶中波长λ处的混合成分的摩尔折射率通过如下公式实现：其中，A
e
(λ)表示波长λ处的混合成分的摩尔折射率；A
i
(λ)是混合成分中第i组分的摩尔折射率；n
i
(λ)表示单一成分的复折射指数的实部；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正强，张莹，欧阳，魏瑗瑗，谢一凇，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：