[发明专利]一种有云情况下利用激光雷达资料反演边界层高度的方法

说明书

本发明公开了一种有云情况下利用激光雷达资料反演边界层高度的方法，包括：步骤1，计算对流凝结高度，步骤2，在对流凝结高度以下计算边界层高度。相对传统的边界层高度计算方法，本发明引入对流凝结高度对计算边界层高度的方法进行限制，能有效减小有云时对利用激光雷达资料反演计算边界层高度的方法影响，大大提高利用激光雷达资料反演计算边界层高度的方法准确性。本发明利用微脉冲激光雷达资料反演边界层高度的方法具有方法简单，准确性高的特点。

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，具体涉及一种有云情况下利用激光雷达资料反演边界层高度的方法。该方法可广泛用于天气预报、环境保护以及航空安全等相关行业。

背景技术

大气边界层，又称行星边界层，由近地层、混合层及其上部的夹卷层组成。由于该气层为连接大气与地面的最低层气层，故该气层是大气和地面之间进行物质和能量交换的桥梁。边界层的研究中，边界层高度是研究者最关心的问题之一，由于边界层高度定义了污染物扩散的有效体积，使得边界层高度在空气污染模型中是一个非常重要的参数(Seibert,P.,F.Beyrich,S.-E.Gryning,S.Joffre,A.Rasmussen,and Ph.Tercier(2000),Review and intercomparison of operational methods for the determination ofthe mixing height,Atmos.Environ.,34(7),1001–1027)，此外，边界层高度在边界层湍流结构研究(Hashmonay,R.,A.Cohen,and U.Dayan(1991),Lidar observations ofatmosphere boundary layer in Jerusalem,J.Appl.Meteorol.,30,1228–1236)等问题中也是非常重要的参数。尽管边界层高度有其突出的重要性，但没有直接测量边界层高度的方法，目前主要是由其他实测资料来确定边界层高度。一种途径是根据地面观测资料使用经验公式得到边界层高度，另一种是根据风速、位温等气象要素在边界层内的变化特征确定边界层高度。

由于探测手段的不断进步，后一种方法是目前提取边界层高度的主流方法。在对流情况下，混合层内的风速、位温等气象要素由于湍流混合作用几乎不随高度变换，为一常数。而在边界层顶，湍流强度突然减小，对应风速及位温的急剧增大。依据风速、位温在垂直方向的这一变化特征可以获得边界层高度。探空资料提供风速、温度、相对湿度的垂直廓线；铁塔观测也提供上述廓线；此外风廓线雷达能够提供边界层内高时空分辨率的风廓线观测，微波辐射计能提供地面向上10km内的温度和湿度观测，这些廓线均可用来确定边界层高度。另外AMDAR(Aircraft Meteorological Data Reporting)资料提供商业飞机起飞和降落时的大气要素廓线，这些资料也可以用来确定边界层高度。在白天，地基激光雷达由于可以实现对大气气溶胶的实时连续监测，使得利用激光雷达资料反演白天对流边界层高度得到越来越多的关注。