一种大气气溶胶质量垂直输送通量的测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大气探测技术领域，尤其涉及一种大气气溶胶质量垂直输送通量的测 量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 当前，大气气溶胶的影响已经引起全社会的高度关注。对此开展了大量的观测，如 为环境保护开展的颗粒物浓度的观测，针对对流层气溶胶特性和辐射强迫研究而开展的地 基和遥感观测网络（测量整层气溶胶光学厚度，气溶胶浓度、物理和化学特性等），和有针 对性的集中科学试验等。在过去的二十年的时间里，对于气溶胶的浓度，分布以及气溶胶物 理和化学特性的测量已经有了长足的进步。了解到气溶胶通过散射和吸收辐射来改变云的 数量、微物理和辐射特性而影响着地球的能量收支。但是目前对于气溶胶的特性和它的影 响的理解还存在着很大的不确定性，因此需要具有更好的代表性、更准确的观测数据。气溶 胶的气候效应大多是通过数值模式开展研究的，需要进一步直接观测数据的验证，城市环 境污染预报也需要气溶胶直接观测数据。这些观测数据中，气溶胶源排放强度的数据是非 常重要的。
[0003] 对于气溶胶排放数据通常采用估算的办法得到。一种办法是对气溶胶的地面源的 性质和排放强度等参数进行统计，然后估计气溶胶的通量。另外仿照气体通量的估算办法 估算气溶胶通量，如Bowen比法。然而这两种方法得到的气溶胶由地面向上输送量的数据 都存在着很大的不确定性。
[0004] 近几年来，随着快速测量气溶胶数密度的仪器（如TSI生产的GP-WCPC3787型粒 子计数器）的推广使用，利用涡动相关原理开展气溶胶数密度垂直输送通量的测量成为可 能；气溶胶粒子数密度垂直输送通量Fp表示为垂直风速w'和气溶胶粒子数浓度Ν'的互相 关。该原理需要测量垂直速度起伏和气溶胶粒子数密度的起伏。同时，利用该原理已经在很 多城市开展气溶胶粒子数通量的观测研究，如瑞典的斯特哥尔摩、芬兰的赫尔辛基、英国的 伦敦等，以及北欧开展的海盐气溶胶通量的测量等。但是，由于城市下垫面非常复杂，水平 极不均匀，单点的测量不具有很好的代表性；对于像城市这样复杂的下垫面，测量结果代表 性差。因此开展具有良好空间代表性的气溶胶通量测量系统具有十分重要的意义。另外， 目前的涡动相关方法测量的只是气溶胶数密度的通量，对于人们关心的气溶胶的质量通量 却无法测量。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种大气气溶胶质量垂直输送通量的测量方法及系统，可以 客观准确测量较大时间空间尺度气溶胶质量垂直输送通量。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种大气气溶胶质量垂直输送通量的测量方法，包括如下步骤：
[0008] 根据测量到的大气平均温度与大气平均压强计算大气有效折射率实部，以及计算 大气温度与大气有效折射率实部的比值；
[0009] 根据大气能见度计算大气有效折射率虚部，再根据气溶胶粒子质量浓度变化与大 气有效折射率虚部变化，来计算大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值；
[0010] 根据所述大气温度与大气有效折射率实部的比值、大气气溶胶质量浓度与大气有 效折射率虚部比值，以及采用预设方法计算到的大气有效折射率结构常数，来计算大气气 溶胶质量垂直输送通量。
[0011] 所述计算大气温度与大气有效折射率实部的比值步骤包括：
[0012] 根据测量到的大气平均温度f与大气平均压强歹计算大气有效折射率实部nfc:
[0013]
[0014] 其中，λ为光波波长；大气平均温度f、大气平均压强，、光波波长λ的单位分别 为 K、hPa、μ m ;
[0015] 根据大气温度变化δΤ与大气有效折射率实部变化SnRe关系：STRtn = R? · δ η%，来计算大气温度与大气有效折射率实部的比值Rtn:
[0016]
,
[0017] 所述计算大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值步骤包括：
[0018] 根据大气能见度Lv计算大气有效折射率虚部η Ιηι:
[0019]
；
[0020] 其中，λ为光波波长；
[0021] 再结合气溶胶粒子质量浓度的变化δ Ma与大气有效折射率虚部变化δ η?ηι，来计 算大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值Rmn:
[0022]
[0023] 所述计算大气气溶胶质量垂直输送通量的公式为：
[0024]
[0025] 其中，Fa为大气气溶胶质量垂直输送通量，κ为karman常数，f为大气平均温度， Rtn为大气温度与大气有效折射率实部的比值，Rmn为大气温度与大气有效折射率虚部的比 值，z为测量点高度，Cf fe为大气有效折射率实部结构常数，Cjtm为大气有效折射率虚部 结构常数。
[0026] -种大气气溶胶质量垂直输送通量的测量系统，包括：
[0027] 大气温度与大气有效折射率实部比值计算模块，用于根据测量到的大气平均温度 与大气平均压强计算大气有效折射率实部，以及计算大气温度与大气有效折射率实部的比 值；
[0028] 大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值计算模块，用于根据大气能见度 计算大气有效折射率虚部，再根据气溶胶粒子质量浓度变化与大气有效折射率虚部变化， 来计算大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值；
[0029] 大气气溶胶质量垂直输送通量计算模块，用于根据所述大气温度与大气有效折射 率实部的比值、大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值，以及采用预设方法计算 到的大气有效折射率结构常数，来计算大气气溶胶质量垂直输送通量。
[0030] 所述计算大气温度与大气有效折射率实部的比值步骤包括：
[0031] 根据测量到的大气平均温度f与大气平均压强歹计算大气有效折射率实部nfc:
[0032]
[0033] 其中，λ为光波波长；大气平均温度f、大气平均压强F、光波波长λ的单位分别 为 K、hPa、μ m ;
[0034] 根据大气温度变化δ T与大气有效折射率实部变化δ η%，来计算大气温度与大气 有效折射率实部的比值Rtn:
[0035]
[0036] 所述计算大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值步骤包括：
[0037] 根据大气能见度Lv计算大气有效折射率虚部n Im:
[0038]
[0039] 其中，λ为光波波长；
[0040] 再结合气溶胶粒子质量浓度的变化δ Ma与大气有效折射率虚部变化δ η?ηι，来计 算大气气溶胶质量浓度与大气有效折射率虚部比值Rmn:
[0041 ]
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[0042] 所述计算大气气溶胶质量垂直输送通量的公式为：
[0043]
[0044] 其中，Fa为大气气溶胶质量垂直输送通量，κ为karman常数，f为大气平均温度， Rtn为大气温度与大气有效折射率实部的比值，Rmn为大气温度与大气有效折射率虚部的比 值，z为测量点高度，C| Re为大气有效折射率实部结构常数