一种大气水汽分子吸收系数廓线测量方法

摘要

本发明公开了一种大气水汽分子吸收系数廓线测量方法，包括：1)测量大气水汽分子数密度廓线、大气温度廓线及近地面大气压强，并利用近地面大气压强计算得到大气压强廓线；2)根据大气水汽分子数密度廓线、大气温度廓线及大气压强廓线，在特定高度处，得到各条水汽分子吸收谱线在波数ν处的谱线吸收强度和连续吸收强度，对谱线吸收强度和连续吸收强度求和后即可得到总的水汽分子吸收强度；3)根据测量的大气水汽分子数密度廓线及在波数ν处总的水汽分子吸收强度得到大气水汽分子在波数ν处的吸收系数；4)重复步骤2)及3)，依次计算各个高度上的大气水汽吸收系数，得到大气水汽分子吸收系数廓线。本发明可以实时测量大气水汽分子吸收系数廓线。

主权项

一种大气水汽分子吸收系数廓线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用多通道微波辐射计测量得到大气水汽分子数密度廓线ρ(h_i)、大气温度廓线T(h_i)，i＝0，1，2，......，N，其中h_i为高度；利用离地面高度为h₀的近地面气象传感器测量得到高度为h₀处的大气压强p(h₀)，然后根据高度为h₀处的大气压强p(h₀)计算得到大气压强廓线p(h_i)，i＝0，1，2，......，N，h_i为高度；2)利用高度h₀处的大气温度T(h₀)、大气压强p(h₀)和水汽分子数密度ρ(h₀)，计算得到中心波数为ν₀的吸收线在波数ν处的大气水汽分子谱线吸收强度k(ν，h₀)：k(v，h₀)＝Sf(v‑v₀，α_L，α_D)    (1)其中，f(v‑v₀，α_L，α_D)为归一化线型函数，α_L为压力加宽的谱线半宽度，α_D为多普勒加宽的谱线半宽度，S为谱线强度；3)利用高度h₀处的大气温度T(h₀)、大气压强p(h₀)和水汽分子数密度ρ(h₀)，计算得到波数ν处的水汽分子连续吸收强度k_c(ν)：$k_c(\nu ,h_0)=\rho \left(h_0\right)\nu \tanh [\mathrm{hc\nu }/2k_{B}T\left(h_0\right)]\left[\frac{\rho \left(h_0\right)}{{\rho }_s}{\tilde{C}}_s\right[\nu ,T\left(h_0\right)]+\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{air}}\left(h_0\right)-\rho \left(h_0\right)}{{\rho }_s}\right){\tilde{C}}_f[\nu ,T\left(h_0\right)\left]\right]---\left(2\right)$其中，ρ_s为标准大气条件下空气的分子数密度，ρ_air(h₀)为高度h₀处空气的分子数密度，h为普朗克常数，k_B为Boltzmann常数，c为光速，与分别为高度h₀处连续吸收自身分量系数和外界分量系数；4)由式(1)得各条水汽分子吸收谱线在波数ν处的谱线吸收强度，再对各条水汽分子吸收谱线在波数ν处进行逐线积分，得到水汽分子全部吸收谱线在波数ν处的谱线吸收强度；再加上水汽分子连续吸收强度k_c(ν，h₀)，可以得到高度h₀处在波数ν处的总的水汽分子吸收强度γ(ν，h₀)：γ(ν，h₀)＝∑k(ν，h₀)+k_c(ν，h₀)    (3)由(3)式可以得到高度h₀处水汽分子在波数ν处的吸收系数α(ν，h₀)：α(ν，h₀)＝γ(ν，h₀)ρ(h₀)    (4)5)重新调整测量的高度h_i，重复步骤2)至步骤4)，依次得到大气水汽分子在高度h_i处的大气水汽吸收系数廓线α(ν，h_i)。