一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法
本专利技术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。
技术介绍
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-0.9Wm-2，但不确定范围高达(-1.9Wm-2至-0.1Wm-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binsitu；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bATN。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binsitu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bATN。通常情况下，黑碳仪吸光系数的计算公式如下：式中：bATNn，，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；ATNn，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；ATNn，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ATNn,i换算得到的黑碳仪吸光系数bATN,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binsitu,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。由于直接测量得到的原位吸光系数binsitu,n,i更接近真实值，则通过对比可以看出，通过黑碳仪测量后换算得到的气溶胶吸光系数bATN,n,i与原位吸光系数binsitu,n,i差别很大，而且还不稳定。图中可见，不同周期内的圆形点显示的原位吸光系数binsitu,n,i的数值波动很小，几乎可以连接形成一条水平直线。而同一周期内的黑碳仪的气溶胶吸光系数bATN,n,i的数值初始的时候最大，随着时间的变化而逐渐变小，而且换点之后，数值又会跳跃式变大，之后又逐渐变小。由此可见，利用黑碳仪测量气溶胶吸光系数的准确度相对较低，误差较大。为了解决黑碳仪测量气溶胶吸光系数的准确度缺陷，现有技术提出了一些校正方法(参见附录参考文献1-6)。这些现有技术的校正方法的基本手段是将黑碳仪与一台“标准”原位吸光系数binsitu,n,i测量设备(例如光声光谱仪)及其它辅助设备并列开展在线信息(吸收、散射、波长依赖等)监测，通过统计、归纳等手段，设计光吸收系数校正方法。但是，这些校正方法得到的校正参数都是在特定气溶胶类型等条件下获取的，当需要扩展应用到不同情景时，只能使用固定的校正参数去对bATN,n,i进行校正，忽略了不同气溶胶类型对光信号影响的巨大差异，因此产生的偏差很大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法，以减少或避免前面所提到的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法，所述黑碳仪可以测量获得波段λ分别为370、470、520、590、660、880、950nm的气溶胶数据，所述校正方法包括如下步骤：首先，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ATNn,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bATN,n,i(λ)；其次，通过如下公式(1)，对测量得到的上述黑碳仪吸光系数bATN，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bcor，n，i(λ)：其中，Rn，i(λ)为λ波段下对应于第n个周期下的第i次测量的遮蔽校正参数；CCn，i(λ)为λ波段下对应于第n个周期下的、第i次测量的散射校正参数。进一步地，所述遮蔽校正参数Rn，i(λ)通过如下公式(2)-(4)计算获得：式中，fn(λ)为λ波段下对应于第n个周期下的遮蔽因子，bATN，n+1，1(λ)为λ波段下第n+1周期的第1个黑碳仪吸光系数值；bATN，n，last(λ)为λ波段下第n周期的最后一个黑碳仪吸光系数值；fmoving，n(λ)为中心移动平均遮蔽因子；ATNn，i(λ)为λ波段下第n周期的第i个光衰减量值；ATNn，last(λ)为λ波段下第n周期的最后一个光衰减量值。再进一步地，不同波段λ分别为370、470、520、590、660、880、950nm所对应的散射校正参数CCn，i(λ)可以通过如下公式(5)-(11)计算获得：CCn，i(λ＝370nm)＝2.75αn，i+1.54(5)CCn，i(λ＝470nm)＝0.87αn，i+0.11(6)CCn，i(λ＝520nm)＝0.58αn，i+3.78(7)CCn，i(λ＝590nm)＝0.84αn，i+3.59(8)CCn，i(λ＝660nm)＝1.13αn，i+3.41(9)CCn，i(λ＝880nm)＝1.79αn，i+2.62(10)CCn，i(λ＝950nm)＝1.86αn，i+2.45(11)其中，αn.i第n个周期下的、第i次测量的吸收波长指数，该吸收波长指数αn，i通过如下公式计算获得：通过对公式(12)进行数学变换，可以得到如下变形公式(13)：式中，K为常数项；将周期n下的每一次测量得到的七个波段λ对应的七组Rn，i(λ)和bATN，n，i(λ)，分别带入上述公式中与七个波段λ进行线性回归拟合，即可求解获得第n周期下的第i次测量的吸收波长指数αn,i。本专利技术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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法，所述黑碳仪可以测量获得波段λ分别为370、470、520、590、660、880、950nm的气溶胶数据，所述校正方法包括如下步骤：首先，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

【技术特征摘要】
1.一种黑碳仪测量气溶胶吸光系数的校正方法，所述黑碳仪可以测量获得波段λ分别为370、470、520、590、660、880、950nm的气溶胶数据，所述校正方法包括如下步骤：首先，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ATNn，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bATN，n，i(λ)；其次，通过如下公式(1)，对测量得到的上述黑碳仪吸光系数bATN，n，i(λ)进行校正，得到对应于λ波段的第n个周期下的、第i次测量的校正后的吸光系数bcor，n，i(λ)：



其中，Rn，i(λ)为λ波段下对应于第n个周期下的、第i次测量的遮蔽校正参数；CCn，i(λ)为λ波段下对应于第n个周期下的、第i次测量的散射校正参数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遮蔽校正参数通过如下公式(2)-(4)计算获得：









式中，fn(λ)为λ波段下对应于第n个周期下的遮蔽因子，bATN，n+1，1(λ)为λ波段下第n+1周期的第1个黑碳仪吸光系数值；bATN，n，last(λ)为λ波段下第n周期的最后一个黑碳仪吸光系数值；fmoving，n(λ)为中心移动平均遮蔽因子；ATNn，i(λ)为λ波段下第n周期的第i个光衰减量值；AT...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇哲，支国瑞，刘世杰，靳文静，王镭，李正映，薛志钢，杜谨宏，张玮琦，任岩军，曹晴，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11