[发明专利]一种紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法

权利要求书

1.一种紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、基于朗伯—比尔定律确定拟合方程：

其中，I_0i为参考光谱，R为日地距离修正系数，I_i为实测光谱，τs_KNOWNi为大气分子瑞利和拉曼散射以及气溶胶米散射的光学厚度，σ_ji为气体的标准吸收截面，qs_j为气体的斜柱浓度值，P_SMOi为慢吸收结构拟合多项式，P_OFFSi为杂散光校正拟合多项式，P_WLCi为波长校正拟合多项式；

S2、构造线性拟合矩阵M，线性拟合矩阵M为一个n行的矩阵，线性拟合矩阵M的每行数据如下：

其中，n为波长数，为臭氧的标准吸收截面，为二氧化氮的标准吸收截面，为二氧化硫的标准吸收截面，σ_HCHO为甲醛的标准吸收截面，λ_i为每个像素点i的波长，I_i为每个波长的实测光谱，为实测光谱I_i的平均值，I′为实测光谱I_i关于波长的导数；

S3、构造向量向量为一个n×1的列向量，向量的每列数据如下：

其中，为经过日地距离修正后的最终参考光谱；

S4、根据线性拟合矩阵M和向量将拟合方程转换为矩阵形式

S5、通过最小二乘法求解列向量中臭氧的斜柱浓度值

S6、通过下式计算空气质量因子AMF：

其中，r为地球中心到观测站点的距离，h_EFF为吸收气体的有效高度，ZA^*为经过大气层折射修正后的太阳天顶角；

S7、通过下式计算臭氧的垂直柱浓度值

2.根据权利要求1所述的紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法，其特征在于：所述最终参考光谱的计算方法，包括：

采用已知的大气层顶部太阳辐照度数据作为参考光谱I_0i，根据时间推移和当地经纬度计算日地距离修正系数R，获得最终参考光谱

3.根据权利要求2所述的紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法，其特征在于：所述日地距离修正系数R采用下式计算：

其中，D＝2πN/365，N为年积日。

4.根据权利要求1所述的紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法，其特征在于：所述实测光谱I_i的测量方法，包括：

从日出至日落每隔5分钟对太阳直射光进行一次采集，并生成紫外波段连续高光谱太阳辐照度数据，将其作为实测光谱I_i。

5.根据权利要求1所述的紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法，其特征在于：所述大气分子瑞利和拉曼散射以及气溶胶米散射的光学厚度τs_KNOWNi采用下式计算：

τs_KNOWNi＝σ_Ms·qs_SCA

其中，σ_Ms为分子散射吸收截面，qs_SCA为标准斜柱浓度值，P为观测站点的预估大气压力，通过观测站点的海拔高度进行推算，P_STAN为标准大气压，AMF_SCA为标准空气质量因子。

6.根据权利要求1所述的紫外高光谱大气臭氧垂直柱浓度反演方法，其特征在于：所述慢吸收结构拟合多项式P_SMOi的展开公式如下：

其中，p_SMOn为多项式系数，nsmo为多项式拟合最高阶数，λ_i为每个像素点i的中心波长。