[发明专利]一种基于气象观测数据的可吸入颗粒物浓度估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气环境遥感监测技术领域，特别涉及一种基于地面气象观测数据的近地面可吸入颗粒物(PM10)浓度估算方法。

背景技术

作为一种主要的大气污染物，气溶胶对公共健康的影响已经是公认的事实，直接威胁着人类生存与可持续发展。其中，可吸入颗粒物PM10(空气动力学直径小于10μm的颗粒物)可达人体的支气管区，粒径小于5μm的颗粒物可达到肺泡区，部分更小的粒子甚至可以通过毛细血管进入人体血液循环系统，对心脏及心血管造成较大危害。据《2006年中国环境状况公报》统计，在我国监测的557个城市中，43.4％的城市大气质量没有达标，颗粒物为主要污染物。

准确获取PM10的时空分布、来源及传输路径是衡量其污染影响，制定颗粒物防治政策的重要保障。当前PM10监测主要依靠地面环境站点获取，然而由于观测设备一般昂贵且维护复杂，环境监测站点分布不均且数量有限。而地面气象站点相对于环境监测站点而言，数量更大且空间分布较为均匀，如果基于经验方法由气象站点观测的数据估算周边PM10浓度，将有效补充环境监测站点的数据不足。目前，大气能见度和相对湿度已成为绝大部分气象站点的基本观测数据，数据质量较为可靠。更重要的是，气象数据往往比环境监测数据获取的时间更长，可用于某地区颗粒物污染状况的历史数据分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题是基于地面气象站点观测的大气能见度及相对湿度数据，估算近地面可吸入颗粒物PM10浓度，从而进一步拓展颗粒物监测的空间覆盖能力。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于地面气象观测数据的近地面可吸入颗粒物(PM10)浓度估算方法，包括以下步骤：

S1、选择建模站点：选择处于同类环境中的、用于建模的地面气象站点(具有能见度及相对湿度观测数据)和地面环境监测站点(具有PM10质量浓度观测数据)；

S2、计算散射系数：基于所述地面气象站点观测的大气能见度，依据已知经验关系，计算所述地面气象站点处近地面气溶胶散射系数(aerosol scattering coefficient)；

S3、计算平均质量散射效率：基于步骤S2所述近地面气溶胶散射系数与步骤S1中所述地面环境监测站点观测的PM10质量浓度数据，计算近地面气溶胶平均质量散射效率(aerosol average mass scattering efficiency)；

S4、拟合相关模型：根据目标时间段不同气溶胶类型，基于步骤S3所述气溶胶平均质量散射效率与S1中所述地面气象站点获取的相对湿度，按时间进行匹配，选取非线性经验函数拟合得到二者的相关模型；根据Mie散射理论，假定气溶胶的化学组分与粒径分布在一定时间内变化不大，则气溶胶平均质量散射效率可近似看作相对湿度的函数；

S5、估算PM10浓度：利用步骤S4所述相关模型，基于与S1所述用于建模的地面气象站点处于同类环境的另一地面气象站点所观测的大气能见度与相对湿度数据，按不同气溶胶类型估算所述另一地面气象站点近地面PM10质量浓度。估算的过程是：

S51、基于所述另一地面气象站点观测的大气能见度计算所述另一地面气象站点处的近地面气溶胶散射系数；

S52、根据气溶胶来源类型选取目标时间段所述相关模型，由所述另一地面气象站点处观测的相对湿度计算出所述另一地面气象站点处近地面气溶胶平均质量散射效率；

S53、由所述另一地面气象站点处近地面气溶胶散射系数与所述另一地面气象站点处气溶胶平均质量散射效率，计算所述另一地面气象站点处PM10质量浓度。

优选地，步骤S4所述不同气溶胶类型，具体包括：根据地面站点所在区域的气象条件与气溶胶来源，将当地目标时间段气溶胶分为无机成分主导型和有机成分主导型两种类型。

步骤S1和步骤S5所述同类环境，指城市或农村中设定的距离范围、或污染程度处于相同的量化范围。

优选地，在所述同类环境中，所述用于建模的地面气象站点和地面环境监测站点距离A小于所述用于建模的地面气象站点和所述另一地面气象站点之间的距离B。建模时PM10观测数据与能见度、相对湿度的观测最好是在同一地点，或者二者相距越近越好；而在应用这一模型估算另一地面气象站点的PM10时，该气象站点只要与前述建模的站点环境背景相同且距离不要太远即可

本发明通过基于大气能见度、相对湿度等气象数据估算近地面颗粒物污染水平，能有效补充颗粒物地面监测站点的不足，拓展颗粒物浓度监测的空间范围。

附图说明