【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及氣象雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法。
技術(shù)介紹
1、氣溶膠在大氣中對(duì)太陽(yáng)輻射有反射和吸收作用，影響地球的輻射平衡和能量流動(dòng)，從而影響氣候系統(tǒng)。通過(guò)估計(jì)氣溶膠的質(zhì)量濃度，可以研究氣溶膠對(duì)云層形成、大氣溫度和降水模式的影響，進(jìn)而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣候變化。此外，氣溶膠（如pm2.5和pm10）的質(zhì)量濃度是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)。高濃度的氣溶膠會(huì)對(duì)環(huán)境和健康造成不利影響，因此通過(guò)估計(jì)氣溶膠的質(zhì)量濃度，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣污染水平，幫助制定空氣質(zhì)量報(bào)告、污染預(yù)警和治理政策。
2、目前，獲取氣溶膠質(zhì)量濃度的方法主要有以下幾種常規(guī)手段，這些方法可以根據(jù)需要選擇不同的技術(shù)手段來(lái)測(cè)量氣溶膠顆粒物濃度：（1）質(zhì)量法（濾膜稱重法），這種方法具有精確度高的優(yōu)點(diǎn)，常作為校準(zhǔn)和參考方法，而缺點(diǎn)則為采樣過(guò)程耗時(shí)、設(shè)備復(fù)雜，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；（2）光散射法，這種方法具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備便捷的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)為對(duì)顆粒物大小和形狀敏感，準(zhǔn)確度可能受顆粒物的折射率影響，需要校準(zhǔn)；（3）光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器，這種方法可以同時(shí)測(cè)量顆粒物的數(shù)量和粒徑分布，但需要轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度，誤差較大。
3、綜合以上分析可知，僅僅依靠單個(gè)氣溶膠質(zhì)量濃度的測(cè)量或遙感反演的手段是難以實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確地獲取氣溶膠質(zhì)量濃度信息的。此外，在利用光散射法來(lái)實(shí)現(xiàn)氣溶膠質(zhì)量濃度反演時(shí)，采用的激光雷達(dá)通過(guò)后向散射積分方法獲得的氣溶膠的消光系數(shù)的準(zhǔn)確性往往沒有對(duì)其進(jìn)行校正，且對(duì)于氣溶膠消光系數(shù)與氣溶膠質(zhì)量濃度之間的關(guān)系模型仍然不明確。因此，綜合利用地基激光
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
2、本專利技術(shù)的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，所述估計(jì)方法包括：
3、s1、收集地基激光雷達(dá)、地基微波輻射計(jì)和光學(xué)特性儀的參數(shù)數(shù)據(jù)，并根據(jù)收集的參數(shù)數(shù)據(jù)獲得高時(shí)空分辨率的氣體分子數(shù)密度n0(z)、氣體分子的折射率n0(z)和大氣分子消光系數(shù)αm(z)，并得到不同高度層大氣分子后向散射系數(shù)βm(z)；
4、s2、根據(jù)收集的參數(shù)數(shù)據(jù)以及αm(z)和βm(z)計(jì)算出不同高度層的氣溶膠消光系數(shù)αa_c(z)，并計(jì)算地基激光雷達(dá)參數(shù)數(shù)據(jù)與光學(xué)特性儀參數(shù)數(shù)據(jù)在三維立體空間中的球面距離差△r和時(shí)間戳距離差△t，根據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)得到時(shí)空匹配后的地基激光雷達(dá)觀測(cè)的氣溶膠消光系數(shù)αa_l(z)與氣溶膠消光儀觀測(cè)的消光系數(shù)αa_s(z)；
5、s3、構(gòu)建誤差收斂指標(biāo)er，尋找er指標(biāo)取得最高值時(shí)所對(duì)應(yīng)的αa(z0)和βa(z0)之比c0，進(jìn)而計(jì)算出校正后的地基激光雷達(dá)不同高度層氣溶膠消光系數(shù)αa(z)；
6、s4、將光學(xué)特性儀的參數(shù)數(shù)據(jù)與αa(z)直接進(jìn)行擬合和取對(duì)數(shù)后擬合，分別構(gòu)建線性模型和非線性模型，得到殘差c1和c2序列；
7、s5、根據(jù)殘差c1和c2序列以及αa(z)分別建立c1序列的平均梯度變化△di_c1和c2序列的平均梯度變化△di_c2與αa(z)的關(guān)系模型，分別提取出在不同的αa(z)處△di_c1與△di_c2絕對(duì)值的小值△di_c，組合得到△di_c與αa(z)的關(guān)系模型；
8、s6、根據(jù)αa(z)和新的關(guān)系模型計(jì)算出△di_c并標(biāo)注出數(shù)學(xué)模型的類別，并根據(jù)構(gòu)建的線性模型或非線性模型計(jì)算出氣溶膠的質(zhì)量濃度ma(z)。
9、所述收集地基激光雷達(dá)、地基微波輻射計(jì)和光學(xué)特性儀的參數(shù)數(shù)據(jù)包括：
10、收集地基激光雷達(dá)探測(cè)資料和觀測(cè)參數(shù)，收集地基微波輻射計(jì)觀測(cè)資料；收集放置于垂直觀測(cè)塔不同高度處的光學(xué)特性儀，包括氣溶膠消光儀和氣溶膠粒徑譜儀的觀測(cè)資料；
11、地基激光雷達(dá)探測(cè)資料包括不同高度層的回波功率；
12、地基激光雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)包括波長(zhǎng)、脈沖能量、觀測(cè)仰角、觀測(cè)方位、時(shí)空分辨率、噪聲水平、觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)高度、系統(tǒng)常數(shù)和儀器所在的經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)；
13、地基微波輻射計(jì)觀測(cè)資料包括不同高度層高時(shí)空分辨率的大氣溫度、濕度、氣壓等廓線；
14、氣溶膠消光儀觀測(cè)資料包括在與地基激光雷達(dá)同樣波長(zhǎng)下測(cè)量的氣溶膠消光系數(shù)、觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)高度和儀器所在的經(jīng)緯度等信息；
15、氣溶膠粒徑譜儀觀測(cè)資料包括觀測(cè)到的不同高度層氣溶膠質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)。
16、所述據(jù)收集的參數(shù)數(shù)據(jù)獲得高時(shí)空分辨率的氣體分子數(shù)密度n0(z)、氣體分子的折射率n0(z)和大氣分子消光系數(shù)αm(z)，并得到不同高度層大氣分子后向散射系數(shù)βm(z)包括：
17、將收集的不同高度層z處的高時(shí)空分辨率大氣溫度t(z)和氣壓p(z)廓線輸入到理想氣體定律方程中，獲得高時(shí)空分辨率的氣體分子數(shù)密度n0(z)；
18、將收集的不同高度層z處的高時(shí)空分辨率大氣溫度t(z)和氣壓p(z)廓線輸入到大氣折射率經(jīng)驗(yàn)公式中，獲得氣體分子的折射率n0(z)；
19、將收集的不同高度層z處的高時(shí)空分辨率大氣溫度t(z)和氣壓p(z)廓線、激光波長(zhǎng)λ以及已計(jì)算出的n0(z)和n0(z)一起輸入到瑞利散射分子消光系數(shù)計(jì)算公式中，得到大氣分子消光系數(shù)αm(z)；
20、設(shè)置氣體的主要成分比例為a，將收集的地基激光雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)、不同高度層z處的高時(shí)空分辨率大氣溫度t(z)和氣壓p(z)廓線，以及計(jì)算的n0(z)、n0(z)一起輸入到瑞利散射模型中，得到不同高度層大氣分子后向散射系數(shù)βm(z)。
21、所述s2包括：
22、初步設(shè)置地基激光雷達(dá)測(cè)量最遠(yuǎn)處氣溶膠的消光系數(shù)αa(z0)和后向散射系數(shù)βa(z0)之比為c0，將收集的地基激光雷達(dá)系統(tǒng)常數(shù)c和不同高度層的回波功率p(z)，以及計(jì)算的αm(z)和βm(z)一起輸入到地基激光雷達(dá)方程后向積分求解器中，通過(guò)迭代運(yùn)算直到結(jié)果收斂后，推導(dǎo)出不同高度層的氣溶膠消光系數(shù)αa_c(z)；
23、根據(jù)收集的地基激光雷達(dá)觀測(cè)高度、經(jīng)緯度、觀測(cè)時(shí)間，氣溶膠消光儀觀測(cè)高度、經(jīng)緯度、觀測(cè)時(shí)間、氣溶膠消光系數(shù)，以及計(jì)算的不同高度層的氣溶膠消光系數(shù)αa_c(z)分別計(jì)算地基激光雷達(dá)觀測(cè)資料與氣溶膠消光儀觀測(cè)資料在三維立體空間中的球面距離差△r和時(shí)間戳距離差△t，按照球面距離差小于dmax且時(shí)間戳距離差小于tmax的篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行時(shí)間和空間匹配，得到時(shí)空匹配后的地基激光雷達(dá)觀測(cè)的氣溶膠消光系數(shù)αa_l(z)與氣溶膠消光儀觀測(cè)的消光系數(shù)αa_s(z)。
24、所述s3包括：
25、統(tǒng)計(jì)αa_l(z)與αa_s(z)的相似程度指標(biāo)r及誤差指標(biāo)mae和rmse，構(gòu)建誤差收斂指標(biāo)er=r-|mae|-rmse；
26、以相同的間隔逐步增大初設(shè)的比例值c0，分別計(jì)算本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述估計(jì)方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述收集地基激光雷達(dá)、地基微波輻射計(jì)和光學(xué)特性儀的參數(shù)數(shù)據(jù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述根據(jù)收集的參數(shù)數(shù)據(jù)獲得高時(shí)空分辨率的氣體分子數(shù)密度N0(z)、氣體分子的折射率n0(z)和大氣分子消光系數(shù)αm(z)，并得到不同高度層大氣分子后向散射系數(shù)βm(z)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述S2包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述S3包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述S4包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述S6包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述線性模型包括：ma(z)=A1×αa(z)+C1；所述非線性模型包括：ln[ma(z)]=A2×ln[αa(z)]+C2，其中，A1和A2均為擬合的系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述窗口寬度動(dòng)態(tài)調(diào)整策略為Wi=?W0?×(δ_g/δ_i)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述估計(jì)方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述收集地基激光雷達(dá)、地基微波輻射計(jì)和光學(xué)特性儀的參數(shù)數(shù)據(jù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述根據(jù)收集的參數(shù)數(shù)據(jù)獲得高時(shí)空分辨率的氣體分子數(shù)密度n0(z)、氣體分子的折射率n0(z)和大氣分子消光系數(shù)αm(z)，并得到不同高度層大氣分子后向散射系數(shù)βm(z)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述s2包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光雷達(dá)和光學(xué)特性儀的氣溶膠質(zhì)量濃度估計(jì)方法，其特征在于：所述s3包括：
...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王文明，鄭周，李佩芝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：成都遠(yuǎn)望科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。