SPAMS实测气溶胶核壳结构颗粒光学参数非线性反演方法

摘要

本发明公开了一种基于SPAMS实测气溶胶核壳结构球体单颗粒的光学参数非线性反演方法，包括：采用SPAMS检测不同粒径光学性质参数已知的PSL小球，然后得出实测PSL小球的散射强度；同时，根据Mie散射理论结合SPAMS的椭球反射镜几何参数得出SPAMS所测PSL小球的光学散射理论响应；将PSL小球的光学散射理论响应和SPAMS实测得到的散射强度进行线性拟合，得到实测散射数据与理论散射数据的线性关系；将线性关系应用于实测的大气单颗粒散射数据，得到对应大气单颗粒的理论Mie散射强度；进行非线性反演拟合，得到核壳结构球体单颗粒的光学性质参数。本发明效率高、准确和适用于SPAMS，可广泛应用于大气环境科学领域。

主权项

SPAMS实测气溶胶核壳结构颗粒光学参数非线性反演方法，其特征在于：包括：A、采用SPAMS检测不同粒径光学性质参数已知的PSL小球，然后通过取均值得出实测PSL小球的散射强度；同时，根据Mie散射理论的核壳结构球体单颗粒模型，结合SPAMS的椭球反射镜几何参数得出SPAMS所测PSL小球的光学散射理论响应；B、将SPAMS所测PSL小球的光学散射理论响应和SPAMS实测得到的散射强度进行线性拟合，从而得到实测散射数据与理论散射数据的线性关系；C、将得到的线性关系应用于SPAMS实测的大气单颗粒散射数据，从而得到对应大气单颗粒的Mie理论散射强度；D、采用Mie理论和核壳结构球体单颗粒模型,对实测大气颗粒的Mie理论散射强度进行非线性反演拟合，从而得到大气颗粒物的光学性质参数；所述SPAMS所测PSL小球的核壳结构球体单颗粒光学散射理论响应R_SPAMS的表达式为：其中，R_AS是轴对称的散射响应，R_OA是偏轴的散射响应，S₁和S₂是由Mie理论计算得到的散射振幅矩阵的元素，φ是偏振面的方位角，θ是极角，φ_hi和φ_lo分别对角度φ积分的上下限数值，θ_hi和θ_lo分别对角度θ积分的上下限数值，χ是椭球反射镜孔径与偏振面的夹角，β和η分别是未被椭球体收集到的那部分散射光的最大极角和方位角，n为自然数，表示第n步时函数表达式，π₀＝0，π₁＝1，π₂＝3cosθ，τ₀＝0，τ₁＝1，τ₂＝3cos(2θ)，m_c和m_s分别是为颗粒物的核和壳部分复折射率，x＝ka和y＝kb分别是为颗粒物的核和壳部分大小参数，a和b分别是为颗粒物的核和壳部分球体半径，k＝2π/λ是波数，λ是环境介质波长，ψ_n和ξ_n是第n步的黎卡提‑贝塞尔函数，是第n步的球汉克尔函数，j_n(x)和y_n(x)是第n步的球贝塞尔函数。