[发明专利]一种针对均匀混合气溶胶吸湿增长因子的反演算法

说明书

本发明公开了大气测量领域的一种针对均匀混合气溶胶吸湿增长因子的反演算法，包括以下步骤：S1：选取资料；S2：资料处理：对大气消光系数进行组分分解，借助米散射理论，构建以均匀混合气溶胶吸湿增长因子为唯一变量的目标函数；S3：据此反演了均匀混合气溶胶吸湿增长因子,对所有测试样本而言，反演均匀混合气溶胶吸湿增长因子的免疫进化算法均能快速收敛到全局最优解；S4：进一步建立了成都地区秋冬季均匀混合气溶胶吸湿增长的本地化模型，相比目前通用的气溶胶吸湿增长模型，该模型显著提升了环境条件下气溶胶散射系数的模拟精度；该反演算法具有普适性，它可为气溶胶吸湿性及其辐射强迫效应的后续研究提供算法保障。

技术领域

本发明涉及大气测量技术领域，具体为一种针对均匀混合气溶胶吸湿增长因子的反演算法。

背景技术

气溶胶是指悬浮于大气中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。由于气溶胶中的硫酸盐，硝酸盐，铵盐和海盐等无机成分及部分有机物粒子具有吸湿性，在不同水汽条件下，其粒径，质量，密度和折射指数等微物理参数会发生变化，致使不同气溶胶粒子在宏观上的物理化学性质的不断改变。大气气溶胶的吸湿性是联系气溶胶微物理和化学参数的纽带，也是气溶胶基本光学性质的决定性参数。

实际大气中气溶胶是各种成分的混合体。而气溶胶不同的混合状态将最终影响到气溶胶吸湿性及其辐射强迫效应。目前针对大气气溶胶混合状态的研究模型主要可分为内混态和外混态。内混态可分为均匀混合和分层球模型，其中均匀混合是指大气中全部气溶胶粒子的物理化学性质均匀混合的一种等效形式，分层球模型则是指以黑碳为核其它气溶胶为壳，或者其它气溶胶为核黑碳为壳的形式；外混态指的是黑碳与其它气溶胶处于外接或者分离的状态，其物理化学性质可能各不相同。

均匀混合气溶胶吸湿增长因子指的是均匀混合气溶胶吸湿后与吸湿前的粒径之比，其可用于表征大气气溶胶整体的一个吸湿性。诸多研究表明，均匀混合气溶胶吸湿增长因子在气溶胶吸湿性及其辐射强迫效应的研究中具有重要意义。早在1969年，Kasten等研究了大陆型，工业污染型以及海洋型这三种气溶胶类型所分别对应的均匀混合气溶胶吸湿增长因子随相对湿度的演变特征，据此推导了均匀混合气溶胶吸湿增长模型以及大气能见度的参数化方案；Hannel等则以均匀混合气溶胶吸湿增长因子为参数，提出了环境条件下气溶胶等效复折射率的计算式。在上述研究工作的基础上，孙景群等探讨了湿气溶胶的光散射特性，并利用均匀混合气溶胶吸湿增长因子得到了气溶胶消光吸湿增长因子随相对湿度变化的理论曲线；徐博等分析了吸湿性气溶胶粒子加热的等效吸收系数随时间的变化规律，并着重探讨了忽略粒子自身吸收对等效吸收系数的影响，进一步明确了气溶胶对激光传输特性以及辐射强迫的影响。

目前通用的气溶胶吸湿增长模型难以准确地表征气溶胶吸湿性的复杂性。另外，气溶胶吸湿增长因子的测量也受到技术与设备复杂性的制约。为此，本发明通过对大气消光系数进行组分分解，并借助米散射理论，构建了以均匀混合气溶胶吸湿增长因子为唯一变量的目标函数，据此提出了反演均匀混合气溶胶吸湿增长因子的免疫进化算法。进一步利用成都市2017年10～12月浊度计，黑碳仪和GRIMM180环境颗粒物监测仪的逐时观测资料以及该时段同时次的环境气象监测数据(大气能见度，相对湿度RH和NO2质量浓度)，对反演算法的性能和适用性进行了评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对均匀混合气溶胶吸湿增长因子的反演算法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种针对均匀混合气溶胶吸湿增长因子的反演算法，包括以下步骤：

S1：选取资料：包括一时段内浊度计，黑碳仪和GRIMM180环境颗粒物监测仪的逐时观测资料，以及该时段同时次的环境气象监测数据(大气能见度，相对湿度RH和NO₂质量浓度)；

S2：资料处理：对大气消光系数进行组分分解，借助米散射理论，构建以均匀混合气溶胶吸湿增长因子为唯一变量的目标函数；

S3：据此反演了均匀混合气溶胶吸湿增长因子；