[发明专利]一种多波段合成的黑碳气溶胶直接辐射效应计算方法

说明书

本发明公开了一种多波段合成的黑碳气溶胶直接辐射效应计算方法，这种方法在目前计算黑碳气溶胶直接辐射效应的宽波段方法上进行了改进，考虑了天空散射光比在不同窄波段上的差异，使计算出的蓝天空反照率考虑了不同窄波段散射的影响。根据太阳光度计观测出的气溶胶总光学厚度和微物理参数，结合MODIS 6个窄波段的白天空反照率，输入到6S辐射传输模型中，得到MODIS 6个窄波段的天空散射光比，从而计算出各个窄波段的蓝天空反照率，并根据窄波段合成宽带反照率的公式，得到宽带短波的蓝天空反照率，由于考虑了天空散射光比在不同窄波段上的差异，可以更加精确的数值模拟出黑碳气溶胶的直接辐射效应。本方法为更加精确的计算黑碳气溶胶直接辐射效应提供了新的技术路线，为研究气溶胶对大气环境和气候的影响提供了重要的支撑。

技术领域

本发明涉及大气气溶胶，大气环境和大气遥感技术领域，主要是关于一种多波段合成的黑碳气溶胶直接辐射效应计算方法。

背景技术

大气气溶胶是悬浮在大气中的固态或液态颗粒，通过吸收和散射太阳辐射，可以改变大气和地球表面间的能量平衡。大气气溶胶不仅对区域气候有显著的影响，而且对调节全球气候起着重要作用。大气气溶胶也会造成空气污染并降低大气能见度。大气气溶胶对人类健康构成重大风险并影响人体呼吸系统的健康。根据大气气溶胶的来源，可以分为自然来源和人为来源。黑碳气溶胶的主要来源是人为来源，通过人为燃煤产生。黑碳气溶胶是大气气溶胶的需要吸收颗粒，具有很强的吸收太阳辐射的能力。黑碳气溶胶还可以改变大气和地表的温度以及大气的稳定性。黑碳气溶胶还是短期的气候效应因素，它对气候变化，大气环境和人类健康具有重要影响。目前，中国的黑碳气溶胶排放量较多，很多学者对中国的黑碳气溶胶开展了大量的研究，研究其对环境、大气和人类健康的影响。

黑碳气溶胶产生的直接辐射效应对大气辐射平衡有重要影响，可以改变大气层顶和地表的温度变化，对研究区域气候变化有重要意义。黑碳气溶胶是气溶胶中有效的辐射效应因子，对总辐射效应的贡献较高。黑碳气溶胶的直接辐射效应受多种因素的影响，主要包括气溶胶光学厚度、蓝天空反照率、太阳天顶角和主要气象条件。黑碳气溶胶的直接辐射效应可以通过辐射传输模型进行数值模拟得到，由于缺乏蓝天空反照率产品，因此，计算蓝天空反照率是数值模拟黑碳气溶胶直接辐射效应的关键。

目前，一些研究在利用辐射传输模型数值模拟黑碳气溶胶直接辐射效应时，主要采用白天空反照率或黑天空反照率作为输入参数，忽视了大气散射效应的影响，计算出的黑碳气溶胶直接辐射效应有较大的偏差。有些研究采用经验公式方法，根据经验公式来计算蓝天空反照率，但这种方法不太合理，受太阳天顶角影响较大。有部分研究采用宽波段方法，根据宽带短波的天空散射光比来计算蓝天空反照率，假设宽带短波的天空散射光比是个常数，忽略了不同波长的天空散射光比的差异，实际上气溶胶的散射会随着波长的变化而变化，因此需要一种基于多波段合成的黑碳气溶胶直接辐射效应的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于考虑了天空散射光比在不同窄波段上的差异，更加精确的计算宽带短波的蓝天空反照率，改进了现有技术的不足和缺陷，并提出了一种适用于计算黑碳气溶胶直接辐射效应的新方法。本文提出的这种多波段合成方法，首先提取出目标研究区域内MODIS 6个窄波段的白天空反照率和黑天空反照率。为了考虑大气的散射效应在不同窄波段处的差异，根据太阳光度计测量的气溶胶微物理参数和总光学厚度，结合MODIS 6个窄波段的白天空反照率，输入到6S辐射传输模型中得到6个窄波段的天空散射光比，然后得到6个窄波段的蓝天空反照率。根据窄波段合成宽带短波的反照率公式，最后可以合成出宽带短波的蓝天空反照率。本文改进了传统黑碳气溶胶直接辐射效应的计算方法，考虑了大气在不同波长处散射效应的差异，并与经验公式方法和宽波段方法计算出的黑碳气溶胶直接辐射效应进行比较，多波段合成方法的计算结果更具备说服力。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于多波段合成的黑碳气溶胶直接辐射效应方法，包括以下步骤：