[发明专利]耦合吸收性气溶胶模型的大气矢量辐射传输模拟方法

说明书

本发明涉及一种耦合吸收性气溶胶模型的大气矢量辐射传输模拟方法，将大气条件进行划分；基于每种大气条件下黑碳、棕碳、沙尘、有机物和无机盐的体积等效粒子半径谱分布，按照各种比例混合形成混合气溶胶的体积等效粒子半径谱分布；根据混合气溶胶包含的微观形态和吸湿增长特性，按照不同成份的不同混合比例和对应的体积等效粒子半径，建立高浓度吸收性气溶胶的微观三维模型和单次散射模型；计算获得混合气溶胶的光学散射特性，解算获得整层大气的矢量辐射特性。通过耦合吸收性气溶胶模型，在不同大气条件下，考虑了气溶胶的多成份混合比例、复杂微观形态和吸湿增长效应，改善了灰霾和沙尘高浓度气溶胶条件下的矢量辐射传输模拟精度。

技术领域

本发明涉及大气辐射传输模拟技术领域，尤其涉及一种耦合吸收性气溶胶模型的大气矢量辐射传输模拟方法。

背景技术

随着经济的发展，我国大气环境问题日趋严重。日益频发的灰霾等高浓度气溶胶污染天气，造成区域空气质量的恶化，直接危害国民身体健康，同时造成大气能见度下降，阻碍交通出行。当前我国环境监测与研究手段主要基于地面分散的环境监测站点，大气环境的及时、准确、大范围、动态监测和评估能力薄弱。随着我国大气污染形势的日益严峻，利用卫星遥感进行大气污染监测已成为不可或缺的技术手段。

目前，通常利用多角度偏振卫星遥感技术进行灰霾等高浓度气溶胶天气下的气溶胶特性及其时空分布的动态监测应用。例如，国内高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪，具有观测角度多、偏振信息丰富等特点，对于典型灰霾天气下细颗粒物中的高浓度吸收性气溶胶具有较高的识别能力，是目前国内最重要的多角度偏振卫星遥感载荷。

矢量辐射传输模型定量描述辐射在地表-大气耦合介质中的传输过程，是气溶胶卫星遥感反演的核心技术。气溶胶卫星遥感反演的精度直接受制于地气耦合系统的矢量辐射传输过程模拟的准确性。目前通用的气溶胶卫星遥感反演模型，主要基于耦合国外气溶胶特性的辐射传输模型来构建。由于中国区域高浓度气溶胶的特殊性，目前国外卫星遥感通用的辐射传输模型，无法有效应用于中国区域的灰霾等高浓度气溶胶条件下的卫星遥感反演。这导致气溶胶遥感反演精度不高，不能有效地服务于高分五号卫星多角度偏振探测仪的气溶胶监测应用。

目前通用的气溶胶卫星遥感反演模型，主要基于耦合国外气溶胶特性的辐射传输模型来构建，如6SV、MODTRAN等模型。但是由于这些模型中的气溶胶特性参数都是基于国外观测获得，与国内灰霾等天气下的高浓度吸收性气溶胶理化光学特性具有较大的差异，无法准确模拟国内灰霾天气下的大气矢量辐射传输过程，制约气溶胶遥感反演精度。

在国外通用的大气矢量辐射传输模型中，真实场景中的气溶胶具有复杂微观形态，被假设为标准球形形态和椭球体形态，如图1所示，可以有效解决晴空和沙尘高浓度天气下的多角度偏振反射特性模拟需求。但是，针对灰霾天气下的高浓度吸收性气溶胶，这些模型模拟获得的光学特性与真实场景仍然具有较大差异，无法满足多角度偏振反射特性模拟的精度要求。

发明内容

针对目前通用的气溶胶卫星遥感反演模型精度低的现状，本发明提供一种耦合吸收性气溶胶模型的大气矢量辐射传输模拟方法，基于中国区域灰霾等高浓度气溶胶特性，在不同大气条件下，考虑了气溶胶的多成份混合比例、复杂微观形态和吸湿增长效应，改善了灰霾和沙尘高浓度气溶胶条件下的矢量辐射传输模拟精度。

为达到上述目的，本发明提供了一种耦合吸收性气溶胶模型的大气矢量辐射传输模拟方法，包括：

将大气条件按照气溶胶光学厚度及气溶胶粒子半径谱分布划分为晴空条件、灰霾高浓度气溶胶条件以及沙尘高浓度气溶胶条件；

基于每种大气条件下黑碳、棕碳、沙尘、有机物和无机盐的体积等效粒子半径谱分布，获得每种大气条件下黑碳、棕碳、沙尘、有机物和无机盐按照各种比例混合形成混合气溶胶的体积等效粒子半径谱分布；