[發(fā)明專利]一種輕度霧霾時大氣消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810098275.1
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108445508B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉興潤;李霞;朱希娟;劉浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京環(huán)境特性研究所
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01J1/42;G16C20/70
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌;張沫

1.一種輕度霧霾時大氣消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該方法包括：

采用激光雷達(dá)和太陽光度計分別進(jìn)行氣溶膠光學(xué)特性測量，獲得激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和太陽光度計數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述太陽光度計數(shù)據(jù)反演獲得大氣光學(xué)厚度，并采用消光法反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布，計算與激光雷達(dá)的發(fā)射激光波長相一致時的消光系數(shù)；

根據(jù)所述激光雷達(dá)數(shù)據(jù)計算低層大氣對應(yīng)的消光系數(shù)；

將根據(jù)太陽光度計數(shù)據(jù)計算的消光系數(shù)與根據(jù)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)計算得到的消光系數(shù)比對，符合則基于低層大氣的氣溶膠粒子譜分布計算各波長的消光系數(shù)，實(shí)現(xiàn)消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換，不符合則判定為無效數(shù)據(jù)；

所述根據(jù)所述太陽光度計數(shù)據(jù)反演獲得大氣光學(xué)厚度的步驟具體為：

基于均勻平行球面大氣假定將大氣分為兩層，第一層為低層大氣，第二層為上層大氣，太陽光線通過第一層大氣路徑和第二層大氣路徑隨太陽天頂角發(fā)生變化；

采用多個太陽天頂角下的數(shù)據(jù)通過多元線性回歸方法計算得到這兩層的大氣路徑長度；

基于所述大氣路徑長度分別計算獲得低層大氣和上層大氣的光學(xué)厚度；

所述采用消光法反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布的步驟具體為：

將氣溶膠假定為球體，采用米氏原理建立不同尺度的單粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫；

建立低層大氣的光學(xué)厚度與氣溶膠粒子譜分布的聯(lián)系，反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布；

所述建立低層大氣的光學(xué)厚度與氣溶膠粒子譜分布的聯(lián)系，反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布的步驟具體為：

通過以下公式，建立光學(xué)厚度τ與氣溶膠粒子譜分布n(r)之間的聯(lián)系，采用Junge譜分布對氣溶膠譜粒子分布進(jìn)行描述，反演Junge譜分布參數(shù)：

其中，σ(λ)為消光系數(shù)，r為氣溶膠粒子半徑，λ為波長，Q_e為消光效率因子，z為大氣高度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕度霧霾時大氣消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述根據(jù)所述激光雷達(dá)數(shù)據(jù)計算低層大氣對應(yīng)的消光系數(shù)的步驟具體為：

根據(jù)測量的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演軟件獲得不同探測距離處的消光系數(shù)；

利用不同探測距離處的消光系數(shù)計算低層大氣對應(yīng)的消光系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕度霧霾時大氣消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述計算與激光雷達(dá)的發(fā)射激光波長相一致時的消光系數(shù)的步驟具體為：

基于獲得的Junge譜分布以及建立的單粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫，根據(jù)消光系數(shù)計算公式，計算與激光雷達(dá)的發(fā)射激光波長相一致波長的消光系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輕度霧霾時大氣消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述基于低層大氣氣溶膠粒子譜分布計算各波長的消光系數(shù)的步驟具體為：基于Junge譜分布以及建立的單粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫，根據(jù)消光系數(shù)計算公式，計算各波段的消光系數(shù)，實(shí)現(xiàn)消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換。

5.一種輕度霧霾時大氣消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，包括：

數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取采用激光雷達(dá)和太陽光度計進(jìn)行氣溶膠光學(xué)特性測量的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和太陽光度計數(shù)據(jù)；

第一數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)所述太陽光度計數(shù)據(jù)反演獲得大氣光學(xué)厚度，并采用消光法反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布，計算與激光雷達(dá)的發(fā)射激光波長相一致時的消光系數(shù)；

第二數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)所述激光雷達(dá)數(shù)據(jù)計算低層大氣對應(yīng)的消光系數(shù)；

波段轉(zhuǎn)換單元，將根據(jù)太陽光度計數(shù)據(jù)計算的消光系數(shù)與根據(jù)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)計算得到的消光系數(shù)比對，符合則基于低層大氣的氣溶膠粒子譜分布計算各波長的消光系數(shù)，實(shí)現(xiàn)消光系數(shù)的波段轉(zhuǎn)換；

第一數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述太陽光度計數(shù)據(jù)反演獲得大氣光學(xué)厚度的步驟具體為：基于均勻平行球面大氣假定將大氣分為兩層，第一層為低層大氣，第二層為上層大氣，太陽光線通過第一層大氣路徑和第二層大氣路徑隨太陽天頂角發(fā)生變化，采用多個太陽天頂角下的數(shù)據(jù)通過多元線性回歸方法計算得到這兩層的大氣路徑長度；基于所述大氣路徑長度分別計算獲得低層大氣和上層大氣的光學(xué)厚度；

所述第一數(shù)據(jù)處理單元采用消光法反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布的步驟具體為：

將氣溶膠假定為球體，采用米氏原理建立不同尺度的單粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫；

建立低層大氣的光學(xué)厚度與氣溶膠粒子譜分布的聯(lián)系，反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布；

所述建立低層大氣的光學(xué)厚度與氣溶膠粒子譜分布的聯(lián)系，反演獲得低層大氣的氣溶膠粒子譜分布的步驟具體為：

通過以下公式，建立光學(xué)厚度τ與氣溶膠粒子譜分布n(r)之間的聯(lián)系，采用Junge譜分布對氣溶膠譜粒子分布進(jìn)行描述，反演Junge譜分布參數(shù)：

其中，σ(λ)為消光系數(shù)，r為氣溶膠粒子半徑，λ為波長，Q_e為消光效率因子，z為大氣高度。