【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气溶胶测量技术，具体涉及一种高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量方法及其测量设备。
技术介绍
1、大气气溶胶可以通过散射和吸收太阳辐射，直接影响地气系统的辐射平衡，还可以充当云凝结核或冰核影响云的宏微观特征，进而间接影响天气气候。然而，气溶胶对气候直接和间接的影响往往与气溶胶的粒径分布、吸湿性和形貌等因素密切相关。在众多影响气溶胶直接或间接辐射效应的因子中，气溶胶的吸湿性扮演着关键的角色，对天气气候和环境都有着重要影响。气溶胶的吸湿性描述的是气溶胶粒子与水汽相互作用的能力，一方面，气溶胶在高相对湿度下吸湿增长改变了气溶胶的粒径谱分布和复折射率等，进而直接影响辐射；另一方面气溶胶吸湿性的强弱决定了其活化成为云凝结核的能力，从而间接影响辐射。这些对辐射直接或间接的影响都高度依赖气溶胶吸湿性。
2、当前量化气溶胶在不同相对湿度下气溶胶吸湿增长能力运用的是卡帕寇拉理论。相对湿度rh的形式为：
3、
4、其中，dp为在给定rh下，气溶胶吸湿增长后的粒径，dd为气溶胶干燥时的粒径，κ为气溶胶吸湿增长参数，反映气溶胶本身的吸湿增长能力，σs/a为气溶胶的表面张力，在高相对湿度下，通常取这个值和水的表面张力相等，r为阿伏伽德罗常数，mwater为水的摩尔质量，t为环境温度，ρw为水的密度。传统测量气溶胶吸湿增长参数κ是利用气溶胶加湿迁移差分分析仪(htdma)，具体采用中合器、第一差分电迁移分析仪、加湿单元、第二差分电迁移分析仪和粒子计数器，经过第一差分电迁移分析仪选择设定的粒径，经过加湿单元加
技术实现思路
1、为了解决以上现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量方法及其测量设备，本专利技术能够大大降低测量的时间分辨率，测量一个粒径的气溶胶吸湿增长需要的时间为5秒左右,同时大大提高了测量的粒径范围，达到160～1000nm。
2、本专利技术的一个目的在于提出一种高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量设备。
3、本专利技术的高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量设备包括：中合器、差分电迁移分析仪、第一气溶胶光学数量计数器、加湿单元、第二气溶胶光学数量计数器以及第一和第二温湿探头；其中，中合器通过导电管连接至差分电迁移分析仪；差分电迁移分析仪通过三通管分别连接至第一气溶胶光学数量计数器和加湿单元；加湿单元通过管道连接至第二气溶胶光学数量计数器；在第二气溶胶光学数量计数器的进气口和出气口分别设置第一和第二温湿探头；
4、干燥的气溶胶通过中合器，使得带上电荷；将带上电荷的气溶胶通过预先设定粒径的差分电迁移分析仪，仅仅让预先设定粒径的气溶胶通过设备，得到气溶胶干燥时的粒径；气溶胶通过三通管分为两部分，第一部分气溶胶直接通过第一气溶胶光学数量计数器，利用第一气溶胶光学数量计数器测量气溶胶干燥时的散射信号强度，并进一步利用米散射理论唯一地确定气溶胶干燥时的复折射率；第二部分气溶胶先通过加湿单元，使得气溶胶加湿到设定的相对湿度，然后通过第二气溶胶光学数量计数器，测量得到气溶胶加湿后的散射信号强度测量值，气溶胶加湿后的散射信号强度测量值为关于气溶胶的粒径和复折射率的函数，对应唯一的气溶胶吸湿增长参数，利用梯度下降法，比较气溶胶加湿后的散射信号强度测量值与气溶胶加湿后的散射信号强度计算值，直至小于吸湿后阈值，得到气溶胶吸湿增长参数。
5、差分电迁移分析仪的预先设定粒径为160～1000nm。
6、通过加湿单元的气溶胶加湿到设定的相对湿度为80％～95％。
7、本专利技术的另一个目的在于提出一种高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量方法。
8、本专利技术的高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量方法，包括以下步骤：
9、1)将干燥的气溶胶通过中合器，使得气溶胶带上电荷；
10、2)将带上电荷的气溶胶通过预先设定粒径的差分电迁移分析仪，仅仅让预先设定粒径的气溶胶通过设备，通过差分电迁移分析仪的气溶胶的粒径为气溶胶干燥时的粒径dd；然后将这些气溶胶分为两部分；
11、3)第一部分气溶胶直接通过第一气溶胶光学数量计数器，利用第一气溶胶光学数量计数器测量气溶胶干燥时的散射信号强度测量值s1；
12、4)反演出气溶胶干燥时的复折射率ri：
13、a)气溶胶干燥时的散射信号强度计算值s1′为：
14、s1′＝c1·i1·σ1·pf90o,1 (1)
15、其中，c1为第一温度相关常数，与第一气溶胶光学数量计数器所处的温度相关，i1为第一气溶胶光学数量计数器的激光强度，通过对第一气溶胶光学数量计数器标定得到c1·i1的值，σ1为气溶胶干燥时的散射相函数，pf90o,1为气溶胶干燥时在90度方向的散射相函数，根据米(mie)散射理论，气溶胶散射系数和90度方向的散射相函数均为气溶胶的粒径和复折射率的函数；
16、公式(1)中散射信号强度s1′是一个关于气溶胶干燥时的粒径dd和复折射率ri的非线性函数单调递增；
17、给定一个气溶胶干燥时的复折射率的初始值，依据mie散射理论和公式(1)，计算得到气溶胶干燥时的散射信号强度计算值s1′；
18、b)比较气溶胶干燥时的散射信号强度测量值s1与气溶胶干燥时的散射信号强度计算值s1′；
19、c)利用梯度下降法，改变气溶胶干燥时的复折射率的初始值，重复步骤a)和b)，直至气溶胶干燥时的散射信号强度测量值s1与气溶胶干燥时的散射信号强度计算值s1′的差小于干燥时阈值，以此时的初始值作为气溶胶干燥时的复折射率ri；5)第二部分气溶胶先通过加湿单元，使得气溶胶加湿到设定的相对湿度，然后通过第
20、二气溶胶光学数量计数器，测量得到气溶胶加湿后的散射信号强度测量值s2，气溶胶加湿后的散射信号强度测量值s2为关于气溶胶的粒径和复折射率的函数，对应唯一的气溶胶吸湿增长参数κ；
21、通过分别设置在第二气溶胶光学数量计数器进气口和出气口第一和第二温湿探头，分别获取第二气溶胶光学数量计数器进气口时的温度t1和湿度rh1，以及出气口时的温度t2和湿度rh2，得到第二气溶胶光学数量计数器中的温度利用第二气溶胶光学数量计数器进气口时的温度t1和湿度rh1，计算获得空气水汽压e1；利用第二气溶胶光学数量计数器中的温度t0和计算的空气水汽压e1，计算得到在第二气溶胶光学数量计数器中的气溶胶的湿度rh0；
22、6)基于气溶胶加湿后的散射信号强度测量值s2和在第二气溶胶光学数量计数器中的气溶胶的相对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量设备，其特征在于，所述测量设备包括：中合器、差分电迁移分析仪、第一气溶胶光学数量计数器、加湿单元、第二气溶胶光学数量计数器以及第一和第二温湿探头；其中，中合器通过导电管连接至差分电迁移分析仪；差分电迁移分析仪通过三通管分别连接至第一气溶胶光学数量计数器和加湿单元；加湿单元通过管道连接至第二气溶胶光学数量计数器；在第二气溶胶光学数量计数器的进气口和出气口分别设置第一和第二温湿探头；
2.如权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述差分电迁移分析仪的预先设定粒径为160～1000nm。
3.如权利要求1所述的测量设备，其特征在于，通过加湿单元的气溶胶加湿到设定的相对湿度为80％～95％。
4.一种如权利要求1所述的高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量设备的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤4)的a)中，气溶胶干燥时的复折射率RH的初始值为任意值。
6.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤4的b)中，干燥时阈
7.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤5)中，利用第二气溶胶光学数量计数器进气口时的温度T1和湿度RH1，计算获得空气水汽压e1：
8.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，利用第二气溶胶光学数量计数器中的温度T0和计算的空气水汽压e1，计算气溶胶的相对湿度RH0：
9.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤6)的a)中，气溶胶的吸湿增长参数κ的初始值为任意值。
10.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤6)的d)中，吸湿后阈值≤10-3。
...【技术特征摘要】
1.一种高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量设备，其特征在于，所述测量设备包括：中合器、差分电迁移分析仪、第一气溶胶光学数量计数器、加湿单元、第二气溶胶光学数量计数器以及第一和第二温湿探头；其中，中合器通过导电管连接至差分电迁移分析仪；差分电迁移分析仪通过三通管分别连接至第一气溶胶光学数量计数器和加湿单元；加湿单元通过管道连接至第二气溶胶光学数量计数器；在第二气溶胶光学数量计数器的进气口和出气口分别设置第一和第二温湿探头；
2.如权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述差分电迁移分析仪的预先设定粒径为160～1000nm。
3.如权利要求1所述的测量设备，其特征在于，通过加湿单元的气溶胶加湿到设定的相对湿度为80％～95％。
4.一种如权利要求1所述的高时间分辨率气溶胶吸湿增长参数的测量设备的测量方法，其特征在于，所述测...
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