[发明专利]一种获取气溶胶消光系数的方法和装置

说明书

本发明提供了一种获取气溶胶消光系数的方法和装置，其中的该方法包括：使用激光雷达将激光脉冲发射到大气中，接收并测量得到该激光脉冲被大气散射后的后向散射光的功率；在至少一个预设位置使用大气积分浊度仪测量得到该预设位置处的大气修正参数；根据大气修正参数得到气溶胶消光系数与后向散射系数的关系式；将后向散射光的功率以及气溶胶消光系数与后向散射系数的关系式代入激光雷达方程，计算得到预设位置处的气溶胶消光系数。应用本发明可以精确地计算出气溶胶消光系数。

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种获取气溶胶消光系数的方法和装置。

背景技术

随着工业污染的加剧，雾霾天气频繁出现，空气污染已经严重影响到人类身体健康。因此，空气质量的检测变得尤为重要，对空气中得颗粒物进行监测、分析和研究已经成为当前环保工作的重点。

按照空气动力学的直径大小，大气颗粒物可分为：(1)直径小于100微米的总悬浮颗粒物(简称TSP)；(2)直径小于10微米的可吸入颗粒物；(3)直径小于2.5微米的细颗粒物。其中，细颗粒物PM2.5可以长时间悬浮在大气中，其对空气质量和能见度等有重要的影响。

与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5的粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(如重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长，移动距离远，因此对人体健康和大气环境质量的影响相对更大。

在现有技术中，通常会使用激光雷达对空气中的颗粒物进行检测。当前传统的激光雷达是将激光器产生的激光束发射到大气中，激光在大气中传输时，遇到空气分子、气溶胶等成分便会发生散射、吸收等作用；散射中的小部分能量——后向散射光落入接收望远镜视场被接收。通过对接收的后向散射光的能量数据进行数据解算，即可获得大气特性。

在现有技术中，进行数据解算的方法大致有三种：(1)斜率法；(2)Klett法；(3)Fernald法。但是，现有技术中的这三种方法都有其弊端，例如：

1)斜率法是假定大气为均匀大气作为条件，但实际情况中很难出现这种天气，所以这种方法很难达到很高的精度，且只能在水平方向上解算使用。

2)Klett法只考虑单一成分，也就是只能在气溶胶浓度大的情况下使用，且假定反射和消光系数之间满足β＝B·α^k，因此该方法只能在高浓度天气使用，局限性较大。

3)Fernald法假设某一高度上(5KM左右)的颗粒物散射系数和消光系数接近某一固定值，并认为大气消光系数与后向散射系数的比为8π/3，但实际情况却未必符合上述条件，且这种方法只能是在垂直方向上解算使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种获取气溶胶消光系数的方法和装置，从而可以精确地计算出气溶胶消光系数。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种获取气溶胶消光系数的方法，该方法包括：

使用激光雷达将激光脉冲发射到大气中，接收并测量得到该激光脉冲被大气散射后的后向散射光的功率；

在至少一个预设位置使用大气积分浊度仪测量得到该预设位置处的大气修正参数；

根据大气修正参数得到气溶胶消光系数与后向散射系数的关系式；

将后向散射光的功率以及气溶胶消光系数与后向散射系数的关系式代入激光雷达方程，计算得到预设位置处的气溶胶消光系数。

可选的，气溶胶消光系数与后向散射系数的关系式为：

其中，β_a(z)为后向散射系数，α_a(z)为气溶胶消光系数，a表示气溶胶，z为距离，A为大气修正参数。