[发明专利]一种大气颗粒物粒径谱时空分布激光雷达数据反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境科学、激光雷达领域，具体为一种大气颗粒物粒径谱时空分布激光雷达数据反演方法。

背景技术

颗粒物对全球大气环境的影响日趋严重，很明显——大气颗粒物加剧大气污染程度，损害人们的身体健康，影响正常的生产生活，破坏大自然生态平衡。最近几年来，全球能源消耗量逐年增加，虽然全球大气污染状况得到了初步的控制，但我国大气环境质量（尤其是城市大气环境质量）始终没有根本好转，特别是二氧化硫、烟尘和粉尘导致的大气污染形式依然严峻，城市空气质量超标的情况依然严重，特别是可吸入颗粒物污染总体上不断恶化。可吸入颗粒污染物已成为我国大气复合污染中的首要污染物。

目前，对大气颗粒物粒径分布的监测和研究，绝大多数是利用传统点式仪器在地面层进行的，对由于人为活动产生的近地面中颗粒物粒径谱时空分布和污染物区域输送的过程，传统的监测手段难以得到有效的数据和分析结果。对高空颗粒物粒径的监测是虽然可以利用探空气球、飞机、飞艇或铁塔等平台，搭载传统仪器开展监测，但是这些手段对高空颗粒物粒径监测的弊端是显而易见的，其无法实现长时间连续的高时间分辨率和高空间分辨率的监测，现阶段我国缺乏对大气颗粒物粒径分布长期有效立体监测技术和方法。激光雷达通过测量大气中颗粒物的后向散射回波信号，获取距地面不同高度的大气消光系数，为分析研究颗粒物的性质和变化规律提供有效数据，是大气颗粒物时空变化特征研究的有效手段。本发明利用多波长激光雷达技术和颗粒物粒径谱时空分布反演方法，实现对颗粒物粒径分布解析，建立适合大气颗粒物粒径分布的主动立体遥测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气颗粒物粒径谱时空分布激光雷达数据反演方法，以解决激光雷达大气颗粒物粒径分布时空分布反演算法的难题，拓展激光雷达的应用范围，实现对大气颗粒物时空变化特征进行快速、连续、高效监测，满足我国环境污染研究和环境监测的需要。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

利用大气颗粒物多波长Raman激光雷达，精确反演获得大气颗粒物在红外、可见和紫外波段中三个波长的消光系数时空分布；构建四种气溶胶成分的对数正态分布的谱函数，获取四种气溶胶成分在不同波段的复折射率和不同气溶胶模式中四种气溶胶成分的混合比例；反演获得归一化每个单一成分气溶胶成分在不同波长的消光系数谱，进而获取各个气溶胶基本成分消光系数在0.55um处归一化的粒径谱，并与标准谱进行验证；最后将测量反演的激光雷达消光系数分在时间和空间尺度上进行积分平均，并将消光系数谱图进行迭代计算各个高度气溶胶混合体积比，大气颗粒物粒径谱时空分布。所述方法步骤为：

（1）、列出激光雷达方程，选取激光探测波长为1064nm、532nm和355nm，对应的激光雷达方程为：

Pr(r)=Ptkr-2β(r)exp{-2∫0rα(r′)dr′}]]>