[发明专利]一种水分子吸收系数的温度校正方法

权利要求书

1.一种水分子吸收系数的温度校正方法，其特征在于，包括：

通过多项式插值的方法，求得296K处的水分子配分函数的值与预设温度T处的水分子配分函数的值的比例K₁，记为：

对每一条吸收谱线，计算下述比例K₂[i]，用来补偿由于设定温度T不同于参比温度296K而引起的变化，即：(1)处于基态能级上的水分子的比例变化；(2)基态与激发态能级上的水分子比例差的变化；

其中，

T：气体温度，以摄氏度为单位；

v_c[i]：第i条水分子吸收谱线的中心波数；

E[i]：第i条水分子吸收谱线的对应的基态能级的能量；

h：为普朗克常数；

c：为光速；

k：为玻尔兹曼常数；

所述通过多项式插值的方法，求得296K处的水分子配分函数的值与预设温度T处的水分子配分函数的值的比例K₁之前，所述方法还包括：

步骤1)、参数设置：

其中，设置如下参数：

T：气体温度，以摄氏度为单位；

P：气体压力，以bar为单位；

v₀：需要计算的光谱波段的起始波数，以cm^-1为单位；

v₁：结束波数；

Δν：波数步长；

f：水分子在大气里的混合比例，即水的分压partial pressure与总气压P的比例；

ν'：Voigt线截断值；

步骤2)、读入水分子的吸收谱线数据集：

2.1)下载水分子的吸收谱线数据；

2.2)读取在v₀与v₁之间的所有水分子吸收谱线，构成一维数组v_c；

2.3)读取一维数组v_c中所有水分子吸收谱线，各条谱线分别有如下参数信息：

v_c[i]：第i条水分子吸收谱线的中心波数；

S[i]：第i条水分子吸收谱线在温度为296K时的吸收系数；

σ_air[i]：第i条水分子吸收谱线的空气分子对应的半峰半宽展宽；

σ_H2O[i]：第i条水分子吸收谱线的水分子对应的半峰半宽展宽；

E[i]：第i条水分子吸收谱线的对应的基态能级的能量；

n_air[i]：第i条水分子吸收谱线的空气分子半峰半宽展宽的温度校正指数；

2.4)读取水分子配分函数Q在参比温度296K处的值与在不同温度处的值的比例与温度的一一对应关系；

步骤3)、计算第i条水分子吸收谱线对应的参数：

其中，参数如下：

3.1)洛伦兹半峰半宽展宽，公式为：

3.2)多普勒半峰半宽展宽，公式为：

其中，M_H2O为水分子的摩尔质量，取值为18.01528；

所述对每一条吸收谱线，计算下述比例K₂[i]，用来补偿由于设定温度T不同于参比温度296K而引起的变化之后，所述方法还包括：

步骤4)、通过数值近似的方法计算各条水分子吸收谱线的Voigt线型：

4.1)以上述步骤1)中设定的v₀为起始波数，v₁为结束波数，Δν为波数步长，构建高分辨率的一维波数列ν，一维波数列ν共含j个数值，分别为ν₀，ν₀+Δν，ν₀+2Δν，…，ν₁；

4.2)取第i条水分子吸收谱线对应的上述步骤2.3)中提及的各项参数，然后做下列计算：

4.2.1)对每一条中心频率为v_c[i]的水分子吸收谱线，遍历一维波数列ν中列中的所有j个波数值，得到如下一维数组X，其第j个元素X[j]为：

4.2.2)计算Y值：

4.3)计算每一条中心频率为v_c[i]的第i条水分子吸收谱线在一维波数列ν内各个波数位置投射得到的吸收截面值，步骤为：

4.3.1)对该条吸收谱线，遍历一维波数列ν，得到其投射在一维波数列ν上的Voigt吸收线型，以一维数组V表示，其第j个元素V[j]为：

当|ν[j]-v_c[i]|＞ν'时，V[j]＝0；

当|ν[j]-v_c[i]|＜ν'时，

其中A、B、C、D四个短数列的取值分别为：

A：{-1.215,-1.3509,-1.215,-1.3509}；

B：{1.2359,0.3786,-1.2359,0.3786}；

C：{-0.3085,0.5906,-0.3085,0.5906}；

D：{0.021,-1.1858,-0.021,1.1858}；

4.3.2)计算第i条吸收谱线在一维波数列ν内各个波数位置的吸收截面值，结果为一维数组a_i，其第j个元素a_i[j]为：

a_i[j]＝V[j]×S[i]×K₁×K₂[i]

其中，a_i内的所有j个元素以高分辨率重构了中心频率为v_c[i]的吸收谱线的Voigt线型；

4.3.3)遍历一维数组ν_c中的所有波数值，重复步骤4.3.1)-4.3.2)中的计算，得到二维数组V”，二维数组V”共含i行j列；其中，第i行即为上述一维数组a_i，二维数组V”内的所有元素以高分辨率重构了预设的v₀与v₁之间所有水分子吸收线的Voigt线型。