[发明专利]干气溶胶等效复折射率参数化方案的构建方法

说明书

本发明公开了一种干气溶胶等效复折射率参数化方案的构建方法，该方法包括获取大气环境监测数据，基于免疫进化算法反演干气溶胶等效复折射率的实部和虚部，利用逐步线性回归方法分别构建干气溶胶等效复折射率实部和虚部的参数化方案。本发明利用颗粒物质量浓度指标表征干气溶胶等效复折射率变化特征，采用逐步线性回归方法分别构建干气溶胶等效复折射率实部和虚部的参数化方案，该参数化方案兼顾了干气溶胶等效复折射率计算的实用性和计算精度，为后续气溶胶的光学模拟奠定了基础。

技术领域

本发明属于干气溶胶等效复折射率测量技术领域，具体涉及一种干气溶胶等效复折射率参数化方案的构建方法。

背景技术

大气气溶胶是指悬浮在地球大气中沉降速度小，尺度范围为10^-3～20um的液态或固态粒子。气溶胶不仅散射与吸收太阳短波辐射和地球长波辐射(Coakley et al,1983)，而且与云存在着相互作用(Twomey and Warner,1967)。另外，气溶胶作为非均相界面间接影响大气化学过程(Chan et al,1999；Pilinis et al,1989)，并在很大程度上决定了环境空气质量的优劣。

气溶胶等效复折射率是气溶胶的一个重要光学参数，其实部主要与光的散射有关，虚部则主要与光的吸收有关(Satheesh,2002)，据此决定气溶胶光学效应与辐射强迫效应。由于气溶胶化学组分，数浓度粒径分布以及吸湿过程变化的复杂性和不确定性，实际大气中气溶胶等效复折射率的差异很大(Han Y et al,2009)。

环境相对湿度小于40％时的大气气溶胶可定义为干气溶胶，其等效复折射率是分析气溶胶吸湿性光学效应以及辐射强迫效应的基础(Satheesh,2002；Yamamoto,1972)。目前气溶胶等效复折射率的测量方法主要有：第一类为体积加权平均法。Chan et al(1999)将气溶胶组分分为硫酸盐、硝酸盐、元素碳、有机碳以及其他物质共5类，分别测算了这5类化学物质在530nm波长处复折射率的实部和虚部。在此基础上，Solane et al(2009)利用体积加权平均法计算得到了干气溶胶等效复折射率。Elbert et al(2004)则将气溶胶组分分为海盐、硅酸盐，碳酸盐、碳/硫酸盐混合颗粒、硫酸铵、硫酸钙、金属氧化物/氢氧化物、煤灰、生物质以及其余含碳物质这10类，并根据其相对丰度以及粒径分布计算得到了干气溶胶的等效复折射率。Wex et al(2002)和Cheng et al(2006)则将气溶胶分为以黑碳为主的光吸收组分以及其它非光吸收组分，基于黑碳和其它物质复折射率以及体积分数的测量，利用体积加权平均法计算得到了干气溶胶等效复折射率。上述气溶胶等效复折射率的测量方法虽然简单易行，但结果误差较大。第二类方法为直接测量法。Adams(2003)和Arnott(2003)则使用光声法准确测量了干气溶胶复折射率。该方法虽测量灵敏度高，但要求的设备和技术都较复杂，实用性较差。

发明内容

针对现有技术所面临的精度和设备技术复杂性之间的矛盾，其仍受到繁多的基础数据种类以及严格的理论条件等瓶颈因素的制约等问题，本发明提供了一种干气溶胶等效复折射率参数化方案的构建方法，实现兼顾干气溶胶等效复折射率计算的实用性和计算精度。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种干气溶胶等效复折射率参数化方案的构建方法，包括以下步骤：

S1、获取大气环境监测数据；

S2、基于免疫进化算法反演干气溶胶等效复折射率的实部和虚部；

S3、根据步骤S2的反演结果与颗粒物质量浓度指标之间的相关性,利用逐步线性回归方法分别构建干气溶胶等效复折射率实部和虚部的参数化方案。

可选地，所述步骤S1具体为：

采用浊度计观测520nm波长处的干燥条件下气溶胶散射系数；

采用黑碳检测仪观测黑碳质量浓度；