[發明專利]一種天基主動探測氣體通量的方法及裝置

有效

• 申請號: 202110141769.5
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN113009510B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 姚偉;王磊;馬蓉;張思勃;胡洛佳;于志同
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 張陽

本發明提供了一種天基主動探測氣體通量的方法及裝置，該方法包括：向待探測區域發射第一探測激光及第二探測激光，以及接收第一探測激光及第二探測激光的回波信號；根據回波信號反演得到大氣風場廓線信息及氣體濃度廓線信息；根據大氣風場廓線信息、氣體濃度廓線信息以及預設的大氣邊界層通量計算方法，直接得到待探測區域的大氣邊界層氣體通量信息。本發明實施例不僅彌補了當前天基通量主動探測的空白，而且可以進行大氣三維運動的高時空分辨率測量，減少現有方法中基于假設和估計的問題，實現對全球多尺度、高質量、長序列氣體通量的直接觀測，同時還具有高探測精度、高空間分辨率和高靈敏度的特點。

技術領域

本發明涉及大氣邊界層通量探測技術領域，具體而言，涉及一種天基主動探測氣體通量的方法及裝置。

背景技術

基于動量、能量和物質的通量是地球系統不同組成部分之間的重要聯系，通量觀測對于理解各圈層能量與物質交換、揭示碳循環過程具有重要意義。基于湍流理論的發展，計算地表氣體通量的方法也在不斷改進。

近年來伴隨著激光雷達探測系統的發展，多普勒激光雷達系統和差分吸收激光雷達系統也被有效地應用于測量氣體濃度和平均風速，因此可以應用于直接探測大氣邊界層氣體通量。

現有的地面探測系統，由于通量觀測地面站點稀疏，難以滿足溫室或其他氣體監測需求；現有天基探測系統，多是針對柱濃度狀態量的被動探測，且被動探測依賴光照，無法實現夜間觀測，導致無法研究晝夜、季節的變化規律，針對極區將缺失極夜過程全部數據，且探測精度、空間分辨率不理想。

無論是站點觀測還是現有衛星觀測，當前只能獲得點濃度或整層大氣的柱濃度，尚無直接通量探測手段。

發明內容

本發明解決的是當前大氣邊界層氣體缺乏天基通量主動直接探測方式，僅通過柱濃度測量同化反演氣體通量反演存在較大誤差、時空分辨率低的問題。

本發明提供的天基主動探測氣體通量的方法，為降低不確定性，可以同時進行大氣運動和氣體濃度的高時空分辨率廓線信息測量，減少現有基于柱濃度同化反演方法的模型假設和誤差，從而實現對全球多尺度、高質量、長序列氣體通量的直接觀測。

為解決上述問題，本發明提供一種天基主動探測氣體通量的方法，應用于天基探測平臺，所述方法包括：向待探測區域發射第一探測激光及第二探測激光，以及接收所述第一探測激光及所述第二探測激光的回波信號；所述第一探測激光對應波長為氣體強吸收波長，所述第二探測激光對應波長為氣體弱吸收波長；根據所述回波信號反演得到大氣風場廓線信息及氣體濃度廓線信息；根據所述大氣風場廓線信息、所述氣體濃度廓線信息以及預設的大氣邊界層通量計算方法，直接得到所述待探測區域的大氣邊界層氣體通量信息。

可選地，所述向待探測區域發射第一探測激光及第二探測激光，包括：控制所述天基探測平臺的天線交替發射第一波長及第二波長的單頻脈沖激光。

可選地，所述根據所述回波信號反演得到大氣風場廓線信息及氣體濃度廓線信息，包括：計算所述第一探測激光與所述第二探測激光對應的回波信號的回波強度，以及根據差分吸收原理反演得到氣體濃度廓線信息。

可選地，所述根據所述回波信號反演得到大氣風場廓線信息及氣體濃度廓線信息，包括：獲取所述第二探測激光對應的回波信號的多普勒頻移；根據所述第二探測激光的波長及所述多普勒頻移，確定大氣風速在所述第二探測激光的視向方向上的速度分量；根據多個所述速度分量及所述第二探測激光的方位角、天底角，計算得到大氣風場廓線信息。