[发明专利]一种基于FP标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达测温技术领域，具体涉及一种基于FP标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法。

背景技术

温度是大气的关键参数。温度数据在研究大气动态变化、气候气象等方面扮演着重要角色。此外，大气温度数据还是许多遥感技术的必要输入参数，例如利用拉曼雷达测量气溶胶后向散射系数和消光系数；利用差分吸收雷达测量追踪气体的密度等。现今，主要有如下三种激光雷达技术用于温度的日常观测：转动拉曼雷达技术，积分技术和共振荧光技术，它们的观测覆盖了从地面到热层底的高度范围。转动拉曼雷达技术覆盖了地面到平流层顶的高度区域；积分技术覆盖平流层底至中层的高度区域；共振荧光技术则覆盖中层至热层底的高度区域。在平流层区域，转动拉曼技术由于拉曼散射截面小，温度反演需满足激光高功率输出，复杂的背景滤光片，长时间的累积和夜间操作等要求，尽管如此，反演的温度误差仍较大；至于积分技术，测量数据受大气气溶胶成分的影响，温度误差不可忽略。

基于此现状，本发明提出了基于FP标准具的高光谱分辨率的大气瑞利测温方法。大气后向散射信号中，既包括了气溶胶后向散射，又包含了分子后向散射。其中，大气气溶胶后向散射信号(也称为米后向散射信号)经FP标准具的透过率为FP标准具的响应函数与大气气溶胶散射谱的卷积；分子后向散射信号(也称为瑞利后向散射信号)经FP标准具的透过率为FP标准具的响应函数，激光谱函数和大气分子后向散射谱的卷积。其中考虑正入射且全发散角2θ₀很小的情况下，FP的响应函数可表示为：

H(v)=2θ02∫0θ0Tpe[1+4Re(1-Re)2sin2(πvcosθ/vFSR)]-1·sinθdθ---(1-1)]]>

式中，θ为入射光束与标准具反射表面法线的夹角，R_e为有效反射率，ν_FSR为FP标准具的自由谱间距，T_pe是峰值透过率。

由于气溶胶的相对质量较大，热运动的速度很小。因此，气溶胶后向散射谱与激光谱函数有相同的谱分布。大气分子后向散射谱及激光发射谱函数(气溶胶后向散射谱)可分别表示为如下高斯形式：