[發(fā)明專利]一種基于激光雷達(dá)的氣溶膠垂直廓線的反演方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910843513.1
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110441777B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳儀;鄧孺孺;秦雁;梁業(yè)恒;熊龍海;許敏端;張銳豪;曹斌;湯玉明;歐陽宇純;李俊;艾先俊;劉永明
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 李小林

1.一種基于激光雷達(dá)的氣溶膠垂直廓線的反演方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據(jù)大氣在不同高度上的壓力和溫度，計算大氣的在不同高度的密度，并根據(jù)所述壓力、溫度和密度，計算大氣分子以及氮?dú)夥肿釉诓煌叨鹊南庀禂?shù)與散射系數(shù)，根據(jù)所述大氣分子以及氮?dú)夥肿釉诓煌叨鹊南庀禂?shù)與散射系數(shù)；

S2、將激光雷達(dá)水平放置發(fā)射激光，測量均勻大氣的激光雷達(dá)回波信號，在遠(yuǎn)距離無幾何重疊處聯(lián)立多個信號，求解均勻大氣的氣溶膠消光系數(shù)和散射系數(shù)和在不同高度的激光雷達(dá)幾何重疊因子；

S3、引入在不同高度的激光雷達(dá)幾何重疊因子，使用拉曼激光雷達(dá)測量所述氣溶膠的消光系數(shù)與散射系數(shù)在不同高度上的垂向分布，并計算所述氣溶膠在不同高度上的消光散射比；

S4、引入所述消光散射比和所述大氣分子在不同高度的消光系數(shù)與散射系數(shù)，使用米散射激光雷達(dá)測量氣溶膠的消光系數(shù)與散射系數(shù)在不同高度上的垂向分布；

S5、根據(jù)多波段激光雷達(dá)及輔助測量儀器判定氣溶膠類型，計算氣溶膠顆粒物的負(fù)折射率，根據(jù)氣溶膠的消光系數(shù)與散射系數(shù)計算氣溶膠顆粒物的質(zhì)量濃度，根據(jù)質(zhì)量濃度隨高度的分布情況擬合氣溶膠垂直分布規(guī)律，建立不同高度氣溶膠質(zhì)量濃度與氣溶膠光學(xué)厚度的函數(shù)關(guān)系。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)的氣溶膠垂直廓線的反演方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

S11、測量實驗地點的氣溫，計算溫度、壓力、大氣分子密度隨高度分布的廓線；

S12、跟據(jù)大氣溫壓計算大氣分子總的空氣分子數(shù)N，空氣折射指數(shù)m、用于修正偏振引起的誤差的修正因子σ，最終計算得到大氣分子消光系數(shù)α與散射系數(shù)β；

S13、根據(jù)大氣溫壓計算氮?dú)獾牧Ｗ訑?shù)濃度最終計算得到氮?dú)夥肿拥纳⑸湎禂?shù)

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光雷達(dá)的氣溶膠垂直廓線的反演方法，其特征在于，所述步驟S11中的密度的具體計算公式為：密度

式中，溫度T、壓力P在位勢高度z11000米的對流層中，T(z)＝T0-0.00649z，在11000z25000的平流層中，T(z)＝-56.46，P(z)＝226.5*e^{(1.73-0.000157z)}，在z25000的平流層中，T(z)＝-131.21+0.00299z，

所述步驟S12中的大氣分子總的后向散射系數(shù)計算公式為

式中，m是空氣折射指數(shù)，修正因子用以消除偏振影響，σ使用經(jīng)驗值計算，波長λ＝532nm時，σ＝0.02842，N_A為阿伏伽德羅常數(shù)，W_M是干空氣平均摩爾質(zhì)量；

所述步驟S13中的氮?dú)夥肿拥牧Ｗ訑?shù)濃度后向散射系數(shù)計算公式為

式中，V即氮?dú)怏w積，P(z)為高度z處的大氣壓力，T(z)為高度z處的溫度，k_B為Boltzmann常數(shù),理想氣體常數(shù)R等于Boltzmann常數(shù)乘以N_A，為后向散射微分截面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)的氣溶膠垂直廓線的反演方法，其特征在于，所述步驟S2包括：

S21、在天氣晴朗干凈的夜晚，大氣水平方向均勻分布的區(qū)域，將激光雷達(dá)水平放置發(fā)射激光，測量均勻大氣的激光雷達(dá)回波信號，在遠(yuǎn)距離無幾何重疊處聯(lián)立多個信號，求解均勻大氣的氣溶膠消光系數(shù)α、散射系數(shù)β；

S22、根據(jù)所述氣溶膠消光系數(shù)α、散射系數(shù)β在不同高度求解激光雷達(dá)幾何重疊因子O(z)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于激光雷達(dá)的氣溶膠垂直廓線的反演方法，其特征在于，所述步驟S21中，均勻大氣的氣溶膠消光系數(shù)以及散射系數(shù)式中：P和P₀分別為高度z和z₀的回波信號，K為雷達(dá)常數(shù)；

所述步驟S22中，激光雷達(dá)幾何重疊因子