获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法.pdf

本发明公开了一种获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法，其方法步骤如下：1)首先选择沙尘天气条件下同一时间在各气象台站地点观测并获取在沙尘天气条件下的气象能见度的数据；2)从观测资料中统计气象能见度的数据，根据能见度和沙尘粒子浓度的关系分析推算，将各气象台站观测的能见度转换为颗粒物质量浓度；3)以粒子质量浓度为纵坐标，能见度为横坐标，建立质量浓度——能见度关系图，拟合质量浓度－能见度关系曲线；4)根据质量浓度－能见度关系曲线得到质量浓度时空分布图。本发明解决了我国到目前为止还不能观测沙尘天气条件下粒子浓度时空分布的问题，为我国沙尘暴预报预警和防沙治沙研究提供了有效的观测手段。

1、  一种获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法，其特征在于方法步骤如下：
1)首先选择沙尘天气条件下同一时间在各气象台站地点观测并获取在沙尘天气条件下的气象能见度的数据；
2)从观测资料中统计气象能见度的数据，根据能见度和沙尘粒子浓度的关系分析推算，将各气象台站观测的能见度转换为颗粒物质量浓度；
3)以粒子质量浓度为纵坐标，能见度为横坐标，建立质量浓度-能见度关系图，拟合质量浓度-能见度关系曲线；
4)根据质量浓度-能见度关系曲线得到质量浓度时空分布图。

2、  根据权利要求1所述的获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法，其特征在于：步骤1)中由PM10仪器观测气象能见度。

获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法
技术领域
本发明属大气环境监测领域，尤其涉及一种获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法。
背景技术
中国气象局在我国布有常规气象观测网。观测网在我国设有681个基本气象台站，覆盖了我国各个地区。这些气象观测台站每3个小时向中国气象局传送温、湿、压等气象要素和天气现象等观测资料。这些资料已经用于天气预报和沙尘天气的定性监测。但到目前为止，还没有用于沙尘粒子浓度空间分布的定量监测。
了解沙尘粒子的源地和沙尘粒子地输送路径对于沙尘暴预报预警和防沙、治沙起着十分重要的作用。要了解沙尘粒子的源地和沙尘粒子的输送路径，需要定量监测沙尘粒子浓度的时空分布。目前观测沙尘粒子浓度的仪器主要有测量仪器TSP和PM10等，以目前大气环境监测中的主要仪器PM10为例，它可以测量粒径小于10微米的大气中颗粒物的质量浓度，但由于台站数目的限制，难以给出沙尘粒子浓度的空间分布。我国到目前为止在沙尘暴爆发期间还不能定量地给出沙尘粒子的时空分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法，能定量地给出沙尘粒子的时空分布，为我国沙尘暴预报预警和防沙治沙研究提供观测手段。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法，其方法步骤如下：
1)首先选择沙尘天气条件下同一时间在各气象台站观测并获取在沙尘天气条件下的气象能见度的数据；
2)从观测资料中统计气象能见度的数据，根据能见度和沙尘粒子浓度的关系分析推算，将各气象台站观测的能见度转换为颗粒物质量浓度；
3)以沙尘粒子质量浓度为纵坐标，能见度为横坐标，建立质量浓度-能见度关系图，拟合质量浓度-能见度关系曲线；
4)根据质量浓度-能见度关系曲线得到质量浓度时空分布图。
本发明的优点是：解决了我国到目前为止还不能观测沙尘天气条件下粒子浓度时空分布的问题，为我国沙尘暴预报预警和防沙治沙研究提供了有效的观测手段。
图1为本发明沙尘粒子质量浓度-能见度关系图
图2(图2-A～图2-F)为本发明一应用实施例沙尘粒子质量浓度的时空分布变化过程图
(1)能见度和大气颗粒物质量浓度
气象能见度指在白昼，以地平线附近的天空为背景，正常视力能看到和辨认出大小适度的黑色目标物的最大距离，以公里为单位。影响气象能见度的唯一因素是大气颗粒物的物理特性(浓度和谱分布)和光学特性(消光和散射系数等)。在一般的天气条件下，气象能见度L和大气颗粒物消光系数σ的关系可以表达为：
L＝3.912/σ，                                  (1)
其中，消光系数正比于大气中颗粒物的质量浓度。因此，能见度与大气中颗粒物的质量浓度成反比。
在诸如沙尘暴这样的极端天气条件下，大气可能不能看作是水平均一的。此时气象能见度仍然决定于大气颗粒物的物理和光学特性，但方程(1)不再适用。
得到一个在沙尘天气(包括沙尘、扬尘、沙尘暴、强沙尘暴)条件下可以普遍适用的能见度和沙尘粒子浓度的关系，我们首先选择沙尘天气条件下在各气象台站同时由PM10观测的粒子质量浓度和气象台站观测的气象能见度数据，进行统计分析，结果如图1所示。图中纵坐标为粒子质量浓度，横坐标为能见度。离散点代表观测数据，实线为对观测数据拟合的质量浓度-能见度关系曲线。由图中可以看出，虽然由于存在着观测误差，观测点围绕拟合曲线有一定的发散度，但拟合的相关系数可以达到0.78。这一事实明确说明了图1中拟合曲线所示的质量浓度和能见度的关系是可以使用的。
本发明获取近地面层沙尘粒子质量浓度时空分布的方法，其具体方法步骤如下：
1)首先选择沙尘天气条件下同一时间在各气象台站地点观测并获取在沙尘天气条件下的气象能见度的数据；
2)从观测资料中统计气象能见度的数据，根据能见度和沙尘粒子浓度的关系分析推算，将各气象台站观测的能见度转换为颗粒物质量浓度；
3)绘制质量浓度-坐标建立坐标系图，拟合质量浓度-能见度关系曲线；图中纵坐标为粒子质量浓度，横坐标为能见度。离散点代表观测数据，实线为对观测数据拟合的质量浓度-能见度关系曲线：
4)根据质量浓度-能见度关系曲线得到质量浓度时空分布图。
采用本发明技术方案，可以得到一个在沙尘天气(包括沙尘、扬尘、沙尘暴、强沙尘暴)条件下可以普遍适用的能见度和沙尘粒子浓度的关系。
图2-A～图2-F给出了本发明一实施例(应用实验)沙尘粒子质量浓度的时空分布变化过程图；由图可以清楚地看出沙尘暴爆发的源地、移动和消失。