CN106446307A - 基于气溶胶地基数据的aod垂直订正效果评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法及系统，其中的方法包括，估算近地面气溶胶消光系数和基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数；其中，基于地基太阳光度计观测数据反演AOD；基于能见度仪反演近地面气溶胶消光系数；基于激光雷达观测方法或大气化学模式模拟方法对AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数；通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价AOD垂直订正方法的效果与适用性。本发明能够避免直接利用卫星反演AOD带来的误差与尺度效应等带来的评价不确定性，从而解决多种AOD垂直订正方法、多种数据源之间的效果评价与适用性选择的难题。

Description

基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法及系统

技术领域

本发明涉及空气质量卫星监测领域，更为具体地，涉及一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法及系统。

背景技术

随着经济的快速发展、工业活动与机动车尾气等人为排放的急剧增加，导致我国中东部地区空气质量持续恶化。我国长三角、珠三角、京津冀等典型城市群地区存在严重的PM2.5(PM2.5是指空气中空气动力学粒径小于2.5μm的颗粒物)污染，导致雾霾天气频发。大量的环境流行病学研究发现流行病学研究证明PM2.5与哮喘、呼吸道感染、肺癌、心血管疾病等存在关联性。PM2.5是空气污染与流行病学研究的关键参数。从2013年起，国家环保部门才开始大规模的监测PM2.5浓度，PM2.5时间序列数据的缺失给国内关于细颗粒物的公共健康研究造成了很大限制。

PM2.5一直是国内外大气环境问题的研究热点之一，我国由于在全国范围内将PM2.5作为首要污染物进行监测的起步时间较晚，以往的研究主要是局限于个别大城市，如北京、上海、广州等城市，且大多数为单个站点的短期监测，无法对PM2.5的时空特征进行全面的分析。

基于卫星遥感监测大气颗粒物污染具有大范围、准实时、客观定量等优势，近十年来已成为空气质量卫星监测领域中的热点技术。目前，国内外颗粒物遥感估算是将气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，简称AOD)作为主要的信息来源，通过引入多种大气、环境信息进行科学合理的订正，从而估算近地面颗粒物的含量。将大气整层AOD作为大气铅直柱内所有气溶胶粒子消光能力的总和，虽然能在一定程度上反映近地面颗粒物的含量，但AOD与近地面颗粒物含量之间的相关关系却受气溶胶垂直分布的影响，随时间和空间发生变化。因此，基于气溶胶垂直分布信息对AOD进行垂直订正，从而提取近地面气溶胶的消光贡献，是提高近地面颗粒物估算精度的关键。但是，目前基于各类观测或模拟的气溶胶垂直分布信息进行AOD垂直订正的方法较多，尚无各类方法的订正效果评价或适用性分析，难以做出选择。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法及系统，以解决现有技术无法对各类AOD垂直订正方法的订正效果做出评价与适用性分析的问题。

本发明提供一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，包括：

S11：估算近地面气溶胶消光系数和基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数；其中，估算近地面气溶胶消光系数的过程包括：

S111：基于地基太阳光度计观测数据反演AOD；

S112：基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直分布数据对AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数；

S12：通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价AOD垂直订正方法的效果与适用性。

本发明还提供一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统，包括：

估算单元，用于估算近地面气溶胶消光系数；其中，所述估算单元包括：

AOD反演单元，基于地基太阳光度计观测数据反演AOD；

垂直订正单元，基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直分布数据对所述AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数；

消光系数反演单元，基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数；

评价单元，通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价垂直订正单元所采用的AOD垂直订正方法的效果与适用性。

利用上述根据本发明提供的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法及系统，能够填补颗粒物污染卫星遥感监测领域中一项重要的技术空白，避免直接利用卫星反演AOD带来的误差与尺度效应等带来的评价不确定性，从而解决多种AOD垂直订正方法、多种数据源之间的效果评价与适用性选择的难题。本发明原理清晰，主要的观测设备均为常用的气溶胶地基光学观测仪器，数据处理流程简明可靠，具有较好的评价客观性和一致性，便于不同地区开展应用。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法的流程示意图；

图2为根据本发明实施例的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统的逻辑结构框图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

针对现有技术无法对各类AOD垂直订正方法的订正效果做出评价与适用性分析的问题，本发明提供一种定量化、不确定影响少的订正效果评价方法及系统，能够客观给出不同订正方法的订正效果与适用性的评价，具体思路为，首先反演AOD，然后对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数，再基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数，最后通过对比反演的近地面气溶胶消光系数与估算的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价AOD垂直订正方法的效果与适用性。

图1示出了根据本发明实施例的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法的流程。如图1所示，本发明提供的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，包括：

S1：估算近地面气溶胶消光系数和基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数。

估算近地面气溶胶消光系数和反演近地面气溶胶消光系数的过程不分先后顺序。

首先，对估算近地面气溶胶消光系数的过程进行详细说明。

在本发明的一个具体实施例中，估算近地面气溶胶消光系数的过程，包括如下步骤：

S11：基于地基太阳光度计观测数据反演AOD。

需要说明的是，AOD为气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，简称为AOD)。

基于地基太阳光度计观测数据反演AOD的具体过程包括：

S111：采用如下公式计算大气质量数：

其中，m为大气质量数，θ_s为太阳天顶角。

S112：采用如下公式计算τ_oz(λ)：

其中，τ_oz(λ)为O₃的光学厚度，λ为消光系数对应的波长，本发明中全部取值为550nm(下文中不再复述)，a_oz(λ)为O₃的吸收系数，由气溶胶反演所需通道的中心波长处确定，U为O₃的含量，单位为Dobson Unit。

S113：采用如下公式计算大气分子光学厚度：

其中，τ_m(λ)为大气分子光学厚度，P为观测点处的大气压强，Z为观测点处的海拔高度。

需要说明的是，计算τ_oz(λ)的过程与计算τ_m(λ)的步骤不分先后顺序。

还需要说明的是，由于在该波段主要的吸收气体为O₃，所以直接以O₃的透过率代替气体吸收透过率。

S114：采用如下公式计算气溶胶光学厚度：

τ_a(λ)＝τ_total(λ)-τ_m(λ)-τ_oz(λ)

其中，τ_a(λ)为气溶胶光学厚度，也就是AOD，τ_total(λ)为大气总光学厚度，由下述公式计算得到：

其中，DN₀为仪器的通道定标常数，DN为仪器的通道观测输出值；d_s为日地距离修正因子，由如下公式计算得到：

其中：r₀为日地平均距离，r为观测日期的日地距离，a_n和b_n为计算系数，t为与日期相关的变量(相当于把儒略日日期转化为对应的角度)，π为圆周率，D为一年中观测日的天数。

S12：基于激光雷达观测方法或大气化学模式模拟方法对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数。

步骤S12的具体过程分为两种情况：

第一种情况：

首先，假定近地面气溶胶消光系数在垂直方向呈负指数分布，同时假定气溶胶标高可近似由大气边界层高度代替，则通过如下公式对反演的AOD进行垂直订正：

其中，σ_a0(λ)为近地面气溶胶消光系数，H_a为气溶胶标高，H_PBL为大气边界层高度；

然后，基于激光雷达观测或大气化学模式模拟获取H_PBL，根据垂直订正的结果通过如下公式估算近地面气溶胶消光系数：

σ_a0(λ)≈τ_a(λ)/H_PBL

第二种情况：如果第一种情况的气溶胶消光系数垂直方向负指数分布的假设不成立，则基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直廓线，通过如下公式对AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数。

其中，frac_low为近地面层气溶胶消光贡献占整层气溶胶消光的相对比例，H_low为近地面层的层高。

上述步骤详细说明了估算近地面气溶胶消光系数的过程，下面对基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数的过程进行详细说明。

在本发明的另一个具体实施例中，基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数的过程，包括如下步骤：

S21：基于大气能见度与大气总消光系数的经验关系，由观测到的大气能见度计算大气总消光系数，计算公式如下：

其中，σ_total(λ)为大气总消光系数，VIS为大气能见度。

S22：通过如下公式计算大气分子消光系数：

其中，σ_m为大气分子消光系数，n为大气折射率，N为分子数密度。

需要说明的是，计算σ_total(λ)与σ_m不分先后顺序，在本实施例中，先计算σ_total(λ)后计算σ_m，但也可以先计算σ_m后计算σ_total(λ)。

S23：由如下公式计算近地面气溶胶消光系数σ_a：

σ_a＝σ_total(λ)-σ_m

也就是说，从大气总消光系数中减去分子消光系数，获得近地面气溶胶消光系数。

S2：通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价AOD垂直订正方法的效果与适用性。

具体地，根据不同时段、天气状况与污染类型，分别将反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数进行比较和分析，基于反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数的一致程度和偏差来源，评价两种AOD垂直订正方法的效果与适用性。

需要说明的是，垂直订正的结果是采用两种AOD垂直订正方法得到的，即上述步骤S12的两种情况。

上述内容详细说明了本发明提供的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，与上述基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法相对应，本发明提供还一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统。图2示出了根据本发明实施例的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统的逻辑结构。

如图2所示，本发明提供的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统包括：估算单元210、消光系数反演单元220和评价单元230。

估算单元210用于估算近地面气溶胶消光系数；其中，估算单元210包括：AOD反演单元211，基于地基太阳光度计观测数据反演AOD；垂直订正单元212，基于激光雷达观测方法或大气化学模式模拟方法对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数。

消光系数反演单元220基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数。

评价单元230通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价垂直订正单元所采用的AOD垂直订正方法的效果与适用性。

另外，AOD反演单元211可以进一步包括大气质量数计算模块、O₃光学厚度计算模块、大气分子光学厚度计算模块以及AOD计算模块(图中均未示出)。其中，

大气质量数计算模块用于通过如下公式计算大气质量数：

其中，m为大气质量数，为太阳天顶角。

O₃光学厚度计算模块用于通过如下公式计算τ_oz(λ)：

其中，τ_oz(λ)为O₃的光学厚度，a_oz(λ)为O₃的吸收系数，由气溶胶反演所需通道的中心波长处确定，U为O₃的含量，单位为Dobson Unit。

大气分子光学厚度计算模块用于通过如下公式计算大气分子光学厚度：

其中，τ_m(λ)为大气分子光学厚度，P为观测点处的大气压强，Z为观测点处的海拔高度；

需要说明的是，计算τ_oz(λ)的过程与计算τ_m(λ)的过程不分先后顺序；

AOD计算模块用于通过如下公式计算AOD：

τ_a(λ)＝τ_total(λ)-τ_m(λ)-τ_oz(λ)

其中，τ_a(λ)为AOD，τ_total(λ)为大气总光学厚度，由如下公式计算：

其中，DN₀为仪器的通道定标常数，DN为仪器的通道观测输出值；d_s为日地距离修正因子，由如下公式计算：

其中，r₀为日地平均距离，r为观测日期的日地距离，a_n和b_n为计算系数，t为与日期相关的变量，π为圆周率，D为一年中观测日的天数。

此外，消光系数反演单元220可以进一步包括大气总消光系数计算模块、大气分子消光系数计算模块和近地面气溶胶消光系数计算模块(图中均未示出)。其中，

大气总消光系数计算模块用于通过如下公式计算大气总消光系数：

其中，σ_total(λ)为大气总消光系数，VIS为大气能见度；

大气分子消光系数计算模块用于通过如下公式计算大气分子消光系数：

其中，σ_m为大气分子消光系数，n为大气折射率，N为分子数密度；

需要说明的是，计算σ_total(λ)与σ_m不分先后顺序，在本实施例中，先计算σ_total(λ)后计算σ_m，但也可以先计算σ_m后计算σ_total(λ)；

近地面气溶胶消光系数计算模块用于通过如下公式计算近地面气溶胶消光系数：

σ_a＝σ_total(λ)-σ_m

也就是说，从大气总消光系数中减去分子消光系数，获得近地面气溶胶消光系数。

另外，垂直订正单元212可以进一步包括第一估算模块和第二估算模块(图中均未示出)。其中，

第一估算模块，用于在假定近地面气溶胶消光系数在垂直方向呈负指数分布、气溶胶标高可近似由大气边界层高度代替时，则通过如下公式对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数：

σ_a0(λ)≈τ_a(λ)/H_PBL

其中，σ_a0(λ)为近地面气溶胶消光系数，H_a为气溶胶标高，H_PBL为通过激光雷达观测或大气化学模式模拟获得的大气边界层高度；

第二估算模块，用于在气溶胶消光系数垂直方向负指数分布的假设不成立时，基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直廓线，通过如下公式对AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数：

其中，frac_low为近地面层气溶胶消光贡献占整层气溶胶消光的相对比例，H_low为近地面层的层高。

再者，评价单元230还可以进一步包括消光系数比较模块和效果评价模块，其中，

消光系数比较模块，用于根据不同时段、天气状况与污染类型，分别将反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数进行比较和分析；

效果评价模块，基于反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数的一致程度和偏差来源，评价两种AOD垂直订正方法的效果与适用性。

上述内容详细地说明了本发明提供的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法及系统，能够填补颗粒物污染卫星遥感监测领域中一项重要的技术空白，避免直接利用卫星反演AOD带来的误差与尺度效应等带来的评价不确定性，从而解决多种AOD垂直订正方法、多种数据源之间的效果评价与适用性选择的难题。本发明原理清晰，主要的观测设备均为常用的气溶胶地基光学观测仪器，数据处理流程简明可靠，具有较好的评价客观性和一致性，便于不同地区开展应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，包括：

S11：估算近地面气溶胶消光系数以及基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数；其中，估算近地面气溶胶消光系数的过程包括：

S111：基于地基太阳光度计观测数据反演AOD；

S112：基于激光雷达观测方法或大气化学模式模拟方法对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数；

S12：通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价AOD垂直订正方法的效果与适用性。

2.如权利要求1所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，其中，在基于地基太阳光度计观测数据反演AOD的过程中，

S21：通过如下公式计算大气质量数m：

$m=\frac{1}{{\mathrm{cos\θ}}_s+0.15{(93.885-{\mathrm{\θ}}_s)}^{-1.253}}$

其中，θ_s为太阳天顶角；

S22：通过如下公式计算τ_oz(λ)：

${\mathrm{\τ}}_{oz}\left(\mathrm{\λ}\right)=a_{oz}\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{U}{1000}$

其中，τ_oz(λ)为O₃的光学厚度，a_oz(λ)为O₃的吸收系数，由气溶胶反演所需通道的中心波长处确定，U为O₃的含量；

S23：通过如下公式计算大气分子光学厚度τ_m(λ)：

${\mathrm{\τ}}_m\left(\mathrm{\λ}\right)=0.008569{\mathrm{\λ}}^{-4}(1+0.0113{\mathrm{\λ}}^{-2}+0.00013{\mathrm{\λ}}^{-4})\frac{P}{1013.25}{e}^{-0.125Z}$

其中，P为观测点处的大气压强，Z为观测点处的海拔高度；

S24：通过如下公式计算AOD：

τ_a(λ)＝τ_total(λ)-τ_m(λ)-τ_oz(λ)

其中，τ_a(λ)为AOD，τ_total(λ)为大气总光学厚度，由如下公式计算：

${\mathrm{\τ}}_{total}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{m}ln\frac{{\mathrm{DN}}_0\left(\mathrm{\λ}\right)d_s}{DN\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，DN₀为仪器的通道定标常数，DN为仪器的通道观测输出值；d_s为日地距离修正因子，由如下公式计算：

$d_s={\left(\frac{r_0}{r}\right)}^2\≈\mathrm{\Σ}(a_n\cos nt+b_n\sin nt)$

其中：r₀为日地平均距离，r为观测日期的日地距离，a_n和b_n为计算系数，t为与日期相关的变量，D为一年中观测日的天数，π为圆周率。

3.如权利要求1所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，其中，在基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数的过程中，

S31：通过如下公式计算大气总消光系数σ_total(λ)：

${\mathrm{\σ}}_{total}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{3.192}{VIS}$

其中，λ为消光系数对应的波长，VIS为大气能见度；

S32：通过如下公式计算大气分子消光系数σ_m：

${\mathrm{\σ}}_m=\frac{32{\mathrm{\π}}^3}{3{\mathrm{\λ}}^4}g\frac{{\left(n-1\right)}^2}{N}$

其中，n为大气折射率，N为分子数密度；

S33：由如下公式计算σ_a：

σ_a＝σ_total(λ)-σ_m

其中，σ_a为近地面气溶胶消光系数。

4.如权利要求1所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，其中，在基于激光雷达观测方法或大气化学模式模拟方法对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算所述近地面气溶胶消光系数的过程中，

S41：假定所述近地面气溶胶消光系数在垂直方向呈负指数分布、所述近地面气溶胶标高由大气边界层高度代替，则通过如下公式对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数：

${\mathrm{\τ}}_a\left(\mathrm{\λ}\right)\≈{\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right){\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{e}^{-\frac{z}{H_a}}dz={\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right)\·H_a\≈{\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right)\·H_{PBL}$

σ_a0(λ)≈τ_a(λ)/H_PBL

其中，σ_a0(λ)为近地面气溶胶消光系数，H_a为气溶胶标高，H_PBL为通过激光雷达观测或大气化学模式模拟获得的大气边界层高度；

S42：在气溶胶消光系数垂直方向负指数分布的假设不成立时，基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直廓线，通过如下公式对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数：

${\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{{\mathrm{\τ}}_a\left(\mathrm{\λ}\right)\·{\mathrm{frac}}_{low}}{H_{low}}$

其中，frac_low为近地面层气溶胶消光贡献占整层气溶胶消光的相对比例，H_low为近地面层的层高。

5.如权利要求1所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价方法，其中，在评价AOD垂直订正方法的效果与适用性的过程中，

根据不同时段、天气状况与污染类型，分别将反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数进行比较和分析，基于反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数的一致程度和偏差来源，评价AOD垂直订正方法的效果与适用性。

6.一种基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统，包括：

估算单元，用于估算近地面气溶胶消光系数；其中，所述估算单元包括：

AOD反演单元，基于地基太阳光度计观测数据反演AOD；

垂直订正单元，基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直分布数据对所述AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数；

消光系数反演单元，基于地基能见度仪观测数据反演近地面气溶胶消光系数；

评价单元，用于通过对比估算的近地面气溶胶消光系数与反演的近地面气溶胶消光系数之间的差异，评价所述垂直订正单元所采用的AOD垂直订正方法的效果与适用性。

7.如权利要求6所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统，其中，所述AOD反演单元进一步包括：

大气质量数计算模块，用于通过如下公式计算大气质量数m：

$m=\frac{1}{{\mathrm{cos\θ}}_s+0.15{(93.885-{\mathrm{\θ}}_s)}^{-1.253}}$

其中，θ_s为太阳天顶角；

O₃光学厚度计算模块，用于通过如下公式计算τ_oz(λ)：

${\mathrm{\τ}}_{oz}\left(\mathrm{\λ}\right)=a_{oz}\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{U}{1000}$

其中，τ_oz(λ)为O₃的光学厚度，a_oz(λ)为O₃的吸收系数，由气溶胶反演所需通道的中心波长处确定，U为O₃的含量；

大气分子光学厚度计算模块，用于通过如下公式计算大气分子光学厚度τ_m(λ)：

${\mathrm{\τ}}_m\left(\mathrm{\λ}\right)=0.008569{\mathrm{\λ}}^{-4}(1+0.0113{\mathrm{\λ}}^{-2}+0.00013{\mathrm{\λ}}^{-4})\frac{P}{1013.25}{e}^{-0.125Z}$

其中，P为观测点处的大气压强，Z为观测点处的海拔高度；

AOD计算模块，用于通过如下公式计算AOD：

τ_a(λ)＝τ_total(λ)-τ_m(λ)-τ_oz(λ)

其中，τ_a(λ)为AOD，τ_total(λ)为大气总光学厚度，由如下公式计算：

${\mathrm{\τ}}_{total}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{m}ln\frac{{\mathrm{DN}}_0\left(\mathrm{\λ}\right)d_s}{DN\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，DN₀为仪器的通道定标常数，DN为仪器的通道观测输出值；d_s为日地距离修正因子，由如下公式计算：

$d_s={\left(\frac{r_0}{r}\right)}^2\≈\mathrm{\Σ}(a_n\cos nt+b_n\sin nt)$

其中，r₀为日地平均距离，r为观测日期的日地距离，a_n和b_n为计算系数，t为与日期相关的变量，D为一年中观测日的天数，π为圆周率。

8.如权利要求6所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统，其中，所述消光系数反演单元进一步包括：

大气总消光系数计算模块，用于通过如下公式计算大气总消光系数σ_total(λ)：

${\mathrm{\σ}}_{total}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{3.192}{VIS}$

其中，λ为消光系数对应的波长，VIS为大气能见度；

大气分子消光系数计算模块，用于通过如下公式计算大气分子消光系数σ_m：

${\mathrm{\σ}}_m=\frac{32{\mathrm{\π}}^3}{3{\mathrm{\λ}}^4}g\frac{{(n-1)}^2}{N}$

其中，n为大气折射率，N为分子数密度；

近地面气溶胶消光系数计算模块，用于通过如下公式计算σ_a：

σ_a＝σ_total(λ)-σ_m

其中，σ_a为近地面气溶胶消光系数。

9.如权利要求6所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统，其中，所述垂直订正单元进一步包括：

第一估算模块，用于在假定所述近地面气溶胶消光系数在垂直方向呈负指数分布、所述近地面气溶胶标高由大气边界层高度代替时，通过如下公式对反演的AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数：

${\mathrm{\τ}}_a\left(\mathrm{\λ}\right)\≈{\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right){\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{e}^{-\frac{z}{H_a}}dz={\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right)\·H_a\≈{\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right)\·H_{PBL}$

σ_a0(λ)≈τ_a(λ)/H_PBL

其中，σ_a0(λ)为近地面气溶胶消光系数，H_a为气溶胶标高，H_PBL为通过激光雷达观测或大气化学模式模拟获得的大气边界层高度；

第二估算模块，用于在气溶胶消光系数垂直方向负指数分布的假设不成立时，基于激光雷达观测的或大气化学模式模拟的气溶胶垂直廓线，通过如下公式对AOD进行垂直订正，根据垂直订正的结果估算近地面气溶胶消光系数：

${\mathrm{\σ}}_{a0}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{{\mathrm{\τ}}_a\left(\mathrm{\λ}\right)\·{\mathrm{frac}}_{low}}{H_{low}}$

其中，frac_low为近地面层气溶胶消光贡献占整层气溶胶消光的相对比例，H_low为近地面层的层高。

10.如权利要求1所述的基于气溶胶地基数据的AOD垂直订正效果评价系统，其中，所述评价单元进一步包括：

消光系数比较模块，用于根据不同时段、天气状况与污染类型，分别将反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数进行比较和分析；

效果评价模块，基于反演的近地面气溶胶消光系数与根据垂直订正的结果估算的近地面气溶胶消光系数的一致程度和偏差来源，评价所述垂直订正单元所采用的两种AOD垂直订正方法的效果与适用性。