基于Fernald-PSO法反演气溶胶激光雷达比及其对斜程能见度的影响

为了提高斜程能见度的计算精度,提出了一种基于Fernald-PSO法求解气溶胶激光雷达比的方法.首先,以均匀层底部和顶部的大气消光系数相等为条件构建气溶胶激光雷达比和气溶胶消光系数边界值的方程.然后,再以激光雷达数据反演和AERONET网站观测的气溶胶光学厚度相等为条件构造另一参量方程.最后,采用Fernald-PSO法解方程组,用得到的参量反演气溶胶消光系数计算斜程能见度.采用激光雷达和AERONET数据对该方法进行验证,分析气溶胶激光雷达比对斜程能见度反演的影响.结果表明,同一信号气溶胶激光雷达比假设值与计算值相差越大,气溶胶消光系数和斜程能见度的相对误差绝对值也越大,最大误差分别为18.93%和19.90%.

基于多普勒激光雷达的2011年春季北京地区气溶胶探测实验分析

介绍了多普勒激光雷达于2011年3月21日至4月19日期间在北京南郊进行的观测实验,利用Fernald方法对气溶胶消光系数进行了反演和重点分析。结合同一时段探空气球得到的数据,分析大气结构及其变化。观测数据表明:在晴朗无云并且大气较为清洁的条件下,气溶胶消光系数从低空向高空平缓递减;遇到多云天气,气溶胶消光系数会在云层处增大;另外,低空的气溶胶消光系数有较明显的日变化特征,早上相较于晚上要低些。实验期间,地面至10 km的气溶胶平均光学厚度在0.52。

基于差分吸收激光雷达的云消除算法研究

差分吸收激光雷达测量臭氧浓度过程中,云层信号会造成对流层臭氧浓度剧烈的抖动,带来了很大的测量误差.本文提出了一种云消除算法,该算法通过插值云层高度区域内的臭氧浓度,有效消除了对流层臭氧浓度的剧烈抖动.通过阐述其理论基础,给出了其算法关键点,即云信号的识别和云高度的精确定位.根据云层消光系数的特点,通过设定气溶胶消光系数阈值获取云层高度信息,利用累加平均有效减少噪音造成的测量误差.结果表明,在精确确定云高、云底的基础上,运用线性插值算法对臭氧测量结果进行修正,可以有效克服云层对测量结果造成的急剧起伏.

MPL探测气溶胶水平分布数据处理方法研究

微脉冲激光雷达(MPL)是探测大气气溶胶和云的有效工具。为了解气溶胶和污染物在城市近地面范围内的水平分布情况,使用自行研制的MPL开展了气溶胶和污染物水平分布的探测研究。对实测的水平数据,尝试采用分段斜率法和Fernald方法计算气溶胶和污染物消光系数的水平分布。研究表明,运用分段斜率法和Fernald法计算MPL水平数据均是可行的。

基于CALIOP数据的气溶胶光学厚度反演研究

星载激光雷达在大气气溶胶探测上具有观测范围大、精度高以及连续测量等优点,对于大气污染监测和气候变化研究具有重要意义.以星载激光雷达CALIOP L1b数据为基础,利用Fernald近端分析法反演了整层大气柱上气溶胶消光系数及其光学厚度.选择武汉市为试验区域,计算了2007年8月至12月期间武汉上空的气溶胶光学厚度,与地面光度计的实测数据比较表明,CALIOP反演的AOD精度较高.

FFIM用于机载大气激光雷达ABCT反演的可行性研究

Fernald前向积分法能否用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演一直是一个有争议的课题.本文利用青岛机载大气探测激光雷达实测数据、国外机载大气探测激光雷达实测数据和机载大气探测激光雷达模拟数据,对Fernald前向积分法应用于不同高度的机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的误差进行了定量分析,分析结果表明:飞机的飞行高度在3.5km左右,标定值存在20%的误差时,离地面2km的高度范围内反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差在12%以内,但在标定点附近相对误差可达20%;飞机飞行高度在7km左右,当标定值存在100%的误差时,反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差大都在10%～15%之间,标定值存在400%的误差时,反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差大部分在15%～50%之间.本文从理论上对Fernald前向积分法应用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演出现负值的原因进行了探讨.研究表明:Fernald前向积分法能够较准确地反演出中高空探测(4.5km以上)机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数,但应用于低空探测(4.5km以下)机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演时,反演误差较大甚至反演结果会出现负值.

Fernald前向积分用于机载激光雷达气溶胶后向散射系数反演的理论研究

初步反演结果表明,Fernald前向积分法(FFIM)能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演,但相应的理论解释没见国内外相关文献报道.根据合肥地基大气探测激光雷达2008年2月27日的探测数据模拟得到的机载激光雷达数据,对FFIE用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演结果进行了定量分析,分析表明:当反演标定点的高度选在10km左右时,FFIM能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的主要原因有3个:1)Fernald前向积分方程(FFIE)分母中两项的差值一般远大于零,这决定了FFIM应用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演时,反演误差不会无限大而且反演结果不会出现负值;2)标定值误差为100%时,在整个反演过程中误差项的值仅变化了0.006,是标定值没有误差时分母值的0.6%;3)FFIE的标定项中分子的后向散射系数占主导地位,标定点的气溶胶后向散射系数变化较大的值,对整个标定项的值影响却很小.研究表明,上疏下密的大气结构和较高的标定位置是FFIM能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的根本原因.

基于改进微分零交叉法的米氏散射激光雷达云检测与参数反演

米氏(Mie)散射激光雷达在大气气溶胶和云层的空间分布监测中应用非常广泛,但对其回波信号进行自动准确的云检测仍存在一定的困难。微分零交叉法是目前应用最多的算法之一,但是在信噪比较低情况下会造成较多误判。根据激光雷达回波信号的特点,对微分零交叉法进行了改进。改进的算法中参考了候选点信号强度特性和前后时刻的云层信息,有效地修正了一些较为明显的误判。最后根据云检测结果对云消光系数和光学厚度进行了反演,较为客观地反映了云层内部光学参数的变化特性,初步实现了较为精确的激光雷达自动云检测和参数反演。

夫琅禾费暗线激光雷达探测青岛市郊大气边界层

激光雷达通过接收微弱的回波信号进行大气探测,具有高时空分辨率等优点,但由于受到强烈太阳背景光的影响,激光雷达白天探测的信噪比提高受到限制,难以对大气物理参数及大气边界层进行全天时同等性能观测。针对此问题,研制了一种新波长、工作在夫琅禾费暗线下的光子计数激光雷达,进而利用夫琅禾费光子计数激光雷达对青岛市郊的大气边界层进行观测实验。发射激光选取太阳暗线波长,激光雷达白天探测的信噪比提高了2～3倍,昼夜探测性能相当。由探测数据反演得到的消光系数显示了2011年夏季青岛郊区大气边界层气溶胶的垂直分布结构特征。