專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于大氣細(xì)粒子譜儀的能見(jiàn)度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，尤其是大氣能見(jiàn)度的測(cè)量，具體是一種基于大氣細(xì)粒子譜儀的能見(jiàn)度測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)化、城市化進(jìn)程的不斷加快，導(dǎo)致了區(qū)域大氣復(fù)合污染愈加嚴(yán)峻，重點(diǎn)城市所面臨的突出共性問(wèn)題之一，即大氣能見(jiàn)度的降低，也是各國(guó)政府與眾多研究學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。已有的研究結(jié)果表明，城市中大氣細(xì)粒子污染的增加是能見(jiàn)度降低的直接原因，一些研究人員分析了能見(jiàn)度與氣溶膠粒子的粒徑分布、光學(xué)厚度之間的關(guān)系；但更多的研究人員則從能見(jiàn)度與PM10、PM2. 5或PMl的相關(guān)性方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，指出大氣能見(jiàn)度與細(xì)粒子質(zhì)量濃度呈現(xiàn)很好的負(fù)相關(guān)性；也有部分研究人員根據(jù)不同成核模態(tài)的粒子分布與變化狀況，定性分析其與能見(jiàn)度的相關(guān)性，指出積聚模態(tài)粒子數(shù)的高低將直接影響大氣能見(jiàn)度；另有一些研究學(xué)者則從粒子組份、來(lái)源、氣象條件等方面對(duì)大氣能見(jiàn)度的影響研究開(kāi)展了大量的工作。大氣能見(jiàn)度是反映大氣透明度的一個(gè)指標(biāo)，一般定義為具有正常視力的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下還能夠看清楚目標(biāo)輪廓的最大地面水平距離。影響能見(jiàn)度的因素主要有大氣透明度、燈光強(qiáng)度和視覺(jué)感閾等。大氣能見(jiàn)度和天氣情況密切相關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過(guò)程時(shí)，大氣透明度較低，因此能見(jiàn)度較差。大氣能見(jiàn)度的測(cè)量目前主要有目測(cè)法、透射法、散射法、數(shù)字?jǐn)z像法等測(cè)量方法。 目前，能見(jiàn)度的觀測(cè)大都還是以人工目測(cè)法為主，規(guī)范性、客觀性相對(duì)較差。透射法是通過(guò)光束透過(guò)兩固定點(diǎn)之間的大氣柱直接測(cè)量氣柱透射率，以此來(lái)推算能見(jiàn)度的值，這種方法要求光束通過(guò)足夠長(zhǎng)的大氣柱，測(cè)量的可靠性受光源及其他硬件系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的影響， 一般只適用于中等以下能見(jiàn)度的觀測(cè)，而在雨、霧等低能見(jiàn)度天氣，會(huì)因水汽吸收等復(fù)雜條件造成較大誤差。散射法(前向散射型、后向散射型)是通過(guò)測(cè)量大氣消光系數(shù)的方法來(lái)推算能見(jiàn)度，相對(duì)而言，較為客觀和準(zhǔn)確，但這種儀器成本昂貴、維護(hù)費(fèi)用高、操作復(fù)雜，而且， 在雨、霧天也難以進(jìn)行正常觀測(cè)，因而難以推廣。數(shù)字?jǐn)z像法則是通過(guò)數(shù)字化攝像機(jī)直接攝取選定目標(biāo)物及其背景的圖象，對(duì)所獲取的圖象進(jìn)行分析處理，得到大氣能見(jiàn)度的數(shù)值，這種方法與散射法觀測(cè)的能見(jiàn)度值比較接近，但需要選擇被測(cè)量的目標(biāo)及背景參考物作為參考?？傮w而言，大氣能見(jiàn)度的高低則是由于大氣中顆粒物粒子(沙塵、雨、霧、霾等)對(duì)可見(jiàn)光的消光(包括吸收和散射)不同所產(chǎn)生的結(jié)果。對(duì)于不同區(qū)域，雖然污染物粒子組份各異；然而，對(duì)于特定城市或區(qū)域，究竟何種粒徑的粒子影響并決定了能見(jiàn)度的高低目前均無(wú)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于大氣細(xì)粒子譜儀的能見(jiàn)度測(cè)量方法，從大氣中細(xì)粒子譜分布的角度上直接對(duì)大氣能見(jiàn)度進(jìn)行解析，根據(jù)大氣細(xì)粒子譜儀測(cè)量的粒徑分布與粒子數(shù)濃度，通過(guò)分析不同粒徑粒子對(duì)可見(jiàn)光的總體消光貢獻(xiàn)，得到大氣能見(jiàn)度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種基于大氣細(xì)粒子譜儀的能見(jiàn)度測(cè)量方法，其特征在于采用大氣細(xì)粒子譜儀， 利用大氣細(xì)粒子譜儀對(duì)大氣進(jìn)行測(cè)量，得到大氣中顆粒物的粒徑分布與粒子數(shù)濃度分布；根據(jù)Mie散射理論，以及大氣細(xì)粒子譜儀測(cè)量得到的大氣中顆粒物的粒徑分布與粒子數(shù)濃度分布信息，假設(shè)大氣中的顆粒物為球形粒子，利用公式
權(quán)利要求
1. 一種基于大氣細(xì)粒子譜儀的能見(jiàn)度測(cè)量方法，其特征在于采用大氣細(xì)粒子譜儀， 利用大氣細(xì)粒子譜儀對(duì)大氣進(jìn)行測(cè)量，得到大氣中顆粒物的粒徑分布與粒子數(shù)濃度分布；根據(jù)Mie散射理論，以及大氣細(xì)粒子譜儀測(cè)量得到的大氣中顆粒物的粒徑分布與粒子數(shù)濃度分布信息，假設(shè)大氣中的顆粒物為球形粒子，利用公式 總的消光系數(shù)可由公式=求出，式中，α = JIDA，D為粒子直徑，λ為 入射光波長(zhǎng)，m為粒子的復(fù)折射率，am與bm為Mie系數(shù)， ext= π D2Qext/4為根據(jù)測(cè)得的大氣中顆粒物的粒徑分布與粒子數(shù)濃度分布，由Mie散射理論求出的粒子消光截面，N(D)為大氣細(xì)粒子譜儀測(cè)量得到的粒子的尺度譜分布，即粒子的粒徑分布與粒子數(shù)濃度分布； 為了使計(jì)算所得到的能見(jiàn)度與實(shí)際觀測(cè)到的能見(jiàn)度一致，選擇波長(zhǎng)范圍為400-700nm 的可見(jiàn)光，代入粒子總的消光系數(shù)的計(jì)算公式fjG) = ^^^^0)6 得到可表示大氣中所有 粒徑的粒子對(duì)400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)可見(jiàn)光消光貢獻(xiàn)總和的消光系數(shù)代入后得到的消光系數(shù)σ Μ可表示為 根據(jù)Koschmieder定律，能見(jiàn)度V由公式ν = -1ηε/σ計(jì)算求得，式中ο為消光系數(shù)， ε為視覺(jué)對(duì)比閾值，ε —般取0.02 0.05，將所述消光系數(shù)σ Μ代入能見(jiàn)度V的計(jì)算公 式后得到新的計(jì)算公式廠=。/Σσ(ΔΖ))式中C = -In ε為一常數(shù)，對(duì)公式廠=C/I^AZ)) 進(jìn)行計(jì)算即可得到大氣能見(jiàn)度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于大氣細(xì)粒子譜儀的能見(jiàn)度測(cè)量方法，從大氣中細(xì)粒子譜分布的角度上直接對(duì)大氣能見(jiàn)度進(jìn)行解析，根據(jù)大氣細(xì)粒子譜儀測(cè)量的粒徑分布與粒子數(shù)濃度，通過(guò)分析不同粒徑粒子對(duì)可見(jiàn)光的總體消光貢獻(xiàn)，得到大氣能見(jiàn)度。本發(fā)明方法不僅簡(jiǎn)單，僅需大氣細(xì)粒子譜儀便可實(shí)現(xiàn)大氣細(xì)粒子粒徑分布、粒子數(shù)濃度分布、大氣能見(jiàn)度以及不同粒徑粒子對(duì)大氣能見(jiàn)度的貢獻(xiàn)率及分布測(cè)量，測(cè)量結(jié)果客觀、準(zhǔn)確、可靠，測(cè)量過(guò)程不受天氣條件(雨、霧、霾、沙塵等)的影響，也不需要目標(biāo)及背景參考物作為參考，儀器安裝、維護(hù)均在室內(nèi)進(jìn)行，易于操作。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102183442SQ201110040548
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者劉建國(guó), 劉文清, 劉誠(chéng), 張?zhí)焓? 張玉鈞, 董云升, 謝品華, 趙南京, 陸亦懷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所