本發明涉及三維變分同化技術領域，尤其涉及一種氣溶膠光學厚度的三維變分同化方法、系統和存儲介質。
背景技術：
氣溶膠是指懸浮于大氣層中的固體或液體微粒和氣體載體共同組成的多相混合態顆粒物(particulatematter,pm)，主要成分包括黑碳、有機碳、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、海洋、地殼元素等多個物種。隨著中國經濟的高速發展，大氣環境污染日趨嚴重，氣溶膠污染已成為國內和國際的社會和科研熱點。近年來，國家投入大量人力物力治理改善大氣環境，雖然治理有所改善，但以pm2.5或pm10為首要污染物的重要污染事件仍在冬季頻發，受重污染影響的國土面積廣泛，峰值濃度也遠高于國際歷史水平。大氣氣溶膠濃度和分布的觀測和預報，對了解和研究氣溶膠對區域空氣質量、人類健康、大氣能見度，和氣候響應等，均具有不可忽視的重要性。
近年來有大量的研究通過三維大氣化學數值模型對氣溶膠成分、傳輸，和分布等，進行了模擬與預報。然而，這些數值模型大多基于歐美等較清潔地區進行研究，在中國重污染地區的應用具有很大不確定性。通過數據同化，在綜合考慮數值模型和觀測數據的誤差的前提下，最大程度利用觀測數據對數值模型中的分析控制變量進行優化，從而改善數值模型對氣溶膠的模擬和預報精度。
用于數據同化的氣溶膠觀測數據主要包括地面pm2.5觀測濃度、地面pm10觀測濃度、地基雷達氣溶膠消光系數、衛星aod反演數據。地面pm2.5、pm10濃度的觀測基本依托于空氣質量觀測網，其站點布置具有行政特性，空間分布稀疏，且缺乏垂直空間信息。地基雷達為非常規觀測平臺，空間分布更稀疏，且數據質量受氣象因素影響較大。衛星aod反演數據具有觀測范圍廣、觀測歷史長久、系統性數據質量控制、包含大氣垂直空間信息等優點，被廣泛應用于氣溶膠數據同化研究。
在數據同化方法的應用上，主要有最優插值法(oi)、集合卡爾曼濾波(enkf)、三維變分同化(3dvar)，和四維變分同化(4dvar)。oi不考慮動力約束，只是將觀測數據與數值模型初始場進行簡單的結合。當有較多觀測點聚攏時，oi的求解會演變成一個不適定問題。而且，oi不能處理復雜的非線性觀測算子。enkf的基本原理為貝葉斯原理，來源于卡爾曼濾波理論和蒙特卡洛估計估計方法的合并。為了評估數值模型的誤差信息，enkf一般需要同時進行至少50個平行算例。其計算成本和存儲代價巨大，難以實現業務化應
聲明：
“氣溶膠光學厚度的三維變分同化方法、系統和存儲介質與流程” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：暨南大學;中山大學
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2025年07月09日 ~ 11日 
