[發明專利]一種大氣顆粒物粒徑譜時空分布激光雷達數據反演方法

有效

• 申請號: 201310123472.1
• 申請日: 2013-04-10
• 公開（公告）號: CN103234877A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 董云升;趙雪松;陸亦懷;劉建國;劉文清;張天舒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及環境科學、激光雷達領域，具體為一種大氣顆粒物粒徑譜時空分布激光雷達數據反演方法。

背景技術

顆粒物對全球大氣環境的影響日趨嚴重，很明顯——大氣顆粒物加劇大氣污染程度，損害人們的身體健康，影響正常的生產生活，破壞大自然生態平衡。最近幾年來，全球能源消耗量逐年增加，雖然全球大氣污染狀況得到了初步的控制，但我國大氣環境質量（尤其是城市大氣環境質量）始終沒有根本好轉，特別是二氧化硫、煙塵和粉塵導致的大氣污染形式依然嚴峻，城市空氣質量超標的情況依然嚴重，特別是可吸入顆粒物污染總體上不斷惡化。可吸入顆粒污染物已成為我國大氣復合污染中的首要污染物。

目前，對大氣顆粒物粒徑分布的監測和研究，絕大多數是利用傳統點式儀器在地面層進行的，對由于人為活動產生的近地面中顆粒物粒徑譜時空分布和污染物區域輸送的過程，傳統的監測手段難以得到有效的數據和分析結果。對高空顆粒物粒徑的監測是雖然可以利用探空氣球、飛機、飛艇或鐵塔等平臺，搭載傳統儀器開展監測，但是這些手段對高空顆粒物粒徑監測的弊端是顯而易見的，其無法實現長時間連續的高時間分辨率和高空間分辨率的監測，現階段我國缺乏對大氣顆粒物粒徑分布長期有效立體監測技術和方法。激光雷達通過測量大氣中顆粒物的后向散射回波信號，獲取距地面不同高度的大氣消光系數，為分析研究顆粒物的性質和變化規律提供有效數據，是大氣顆粒物時空變化特征研究的有效手段。本發明利用多波長激光雷達技術和顆粒物粒徑譜時空分布反演方法，實現對顆粒物粒徑分布解析，建立適合大氣顆粒物粒徑分布的主動立體遙測方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種大氣顆粒物粒徑譜時空分布激光雷達數據反演方法，以解決激光雷達大氣顆粒物粒徑分布時空分布反演算法的難題，拓展激光雷達的應用范圍，實現對大氣顆粒物時空變化特征進行快速、連續、高效監測，滿足我國環境污染研究和環境監測的需要。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

利用大氣顆粒物多波長Raman激光雷達，精確反演獲得大氣顆粒物在紅外、可見和紫外波段中三個波長的消光系數時空分布；構建四種氣溶膠成分的對數正態分布的譜函數，獲取四種氣溶膠成分在不同波段的復折射率和不同氣溶膠模式中四種氣溶膠成分的混合比例；反演獲得歸一化每個單一成分氣溶膠成分在不同波長的消光系數譜，進而獲取各個氣溶膠基本成分消光系數在0.55um處歸一化的粒徑譜，并與標準譜進行驗證；最后將測量反演的激光雷達消光系數分在時間和空間尺度上進行積分平均，并將消光系數譜圖進行迭代計算各個高度氣溶膠混合體積比，大氣顆粒物粒徑譜時空分布。所述方法步驟為：

（1）、列出激光雷達方程，選取激光探測波長為1064nm、532nm和355nm，對應的激光雷達方程為：

Pr(r)=Ptkr-2β(r)exp{-2∫0rα(r′)dr′}]]>