[发明专利]一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法

说明书

本发明公开了一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法，包括如下步骤：通过黑碳仪测量获得对应于λ波段的第n个周期下的、第i次测量的光衰减量ATN_n,i(λ)，计算获得对应于λ波段的第n个周期下的、第i次测量的黑碳仪吸光系数b_ATN,n,i(λ)；通过遮蔽校正参数和散射校正参数，对测量得到的上述黑碳仪吸光系数b_ATN,n,i(λ)进行校正，得到对应于λ波段的第n个周期下的校正后的吸光系数b_cor,n,i(λ)。本发明的校正方法引入了两个不依赖于额外的“标准”设备的校正参数，因而无需依赖额外的校准设备，可以动态适用于不同环境条件的各种气溶胶吸光系数的测量，扩展了黑碳仪的应用范围。

技术领域

本发明涉及环保领域的大气参数的测量，尤其涉及利用黑碳仪测量气溶胶吸光系数的方法，特别涉及一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法。

背景技术

大气气溶胶对地球能量收支具有很重要的影响。根据第五次政府间气候变化委员会气候变化评估报告，气溶胶总体的辐射强迫为-0.9W m^-2，但不确定范围高达(-1.9W m^-2至-0.1W m^-2)。造成如此高不确定性的原因之一就是无法准确的测量真实气溶胶吸光系数。

目前，测量气溶胶吸光系数的方法一般有两种，一种是利用光声光谱仪直接测量气溶胶得到原位吸光系数b_insitu；一种是利用黑碳仪测量光衰减量ATN，然后换算得到黑碳仪吸光系数b_ATN。光声光谱仪最显著的优势是可以对气溶胶进行原位直接测量，因而直接测量得到的原位吸光系数b_insitu准确度很高，可以视为真实气溶胶吸光系数。然而光声光谱仪的缺点是需要实验环境的背景噪音相对稳定、仪器的清理维护程序繁琐且仪器价格相对较高，因此在日常观测中应用并不普遍。黑碳仪运行稳定简便易用，能够同时测量紫外至近红外370、470、520、590、660、880、950nm范围内七个波段的气溶胶吸光特性，逐渐在日常气溶胶观测中占据主导地位。

黑碳仪通过将空气中的气溶胶颗粒物收集在石英纤维滤带上，每间隔几分钟测定七个波段下透过一个点位的激光强度的光衰减量ATN。当光衰减量ATN达到某个设定值时，黑碳仪会自动进带，更换一段新的石英纤维滤带，并重新开始在这一段新的石英纤维滤带上测量光衰减量ATN。这样周而复始，可以自动完成对空气中的光衰减量ATN的测量，最后可以换算得出对应于七个波段的黑碳仪吸光系数b_ATN。

通常情况下，黑碳仪吸光系数的计算公式如下：

式中：b_ATN，n，i(λ)表示对应于λ波段石英滤带上第n周期的第i次测量得到的黑碳仪吸光系数；ATN_n，i(λ)为对应于λ波段石英滤带上第n周期的第i次测量得到的光衰减量；ATN_n，i-1(λ)为对应于λ波段石英滤带上第n周期的第i-1次测量得到的光衰减量；A为石英滤带上的滤点面积；t为两次测量间隔的时长，此处为5分钟；Q为气体流速；100为补偿系数。

图1显示的是现有技术通过黑碳仪测量气溶胶吸光系数的原理示意图。图中示意性显示有n个周期的370nm下的测量数据(图中显示有两个周期，即n＝1或n＝2)。图形中的方形点显示的数据是通过黑碳仪每间隔5分钟测量得到光衰减量ATN_n，i换算得到的黑碳仪吸光系数b_ATN，n，i，其表示的含义是第n个周期下的、第i次测量得到的黑碳仪吸光系数。作为对照，图形中还通过圆形点显示出了通过光声光谱仪同样每间隔5分钟直接测量得到的b_{insitu，n，i}，其表示的含义是第n个周期下的第i次测量得到的原位吸光系数。