[发明专利]一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法

权利要求书

1.一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法，其特征在于：

所述混合型激光雷达包括：连续激光器(1)、分束器(2)、声光调制器(3)、光纤放大器(4)、环形器(5)、双筒型望远镜(6)、光开关(7)、耦合器(8)、平衡探测器(9)、模拟采集卡(10)、计算机(11)、滤波器(12)、探测器(13)、数字采集卡(14)；双筒型望远镜(6)包括发射望远镜和接收望远镜；

连续激光器(1)的输出端与分束器(2)的输入端连接，分束器(2)的第一输出端与声光调制器(3)的输入端连接，分束器(2)的第二输出端与耦合器(8)的第一输入端连接，声光调制器(3)的输出端与光纤放大器(4)的输入端连接，光纤放大器(4)的输出端与环形器(5)的输入端连接，环形器(5)的收发端与发射望远镜连接，环形器(5)的输出端与光开关(7)的输入端连接，光开关(7)的输出端与耦合器(8)的第二输入端连接，耦合器(8)的输出端与平衡探测器(9)连接，平衡探测器(9)的输出端与模拟采集卡(10)连接，模拟采集卡(10)与计算机(11)连接；

接收望远镜的输出端与滤波器(12)连接，滤波器(12)的输出端与探测器(13)的输出端连接，探测器(13)的输出端与数字采集卡(14)连接，数字采集卡(14)与计算机(11)连接；

所述方法包括：

步骤一：使用混合型激光雷达进行观测，获得垂直方向的气溶胶光学特性廓线和垂直风速廓线；

步骤二：根据获得的气溶胶光学特性廓线反演大气边界层高度H₁；

步骤三：根据获得的垂直风速廓线反演大气边界层高度H₂；

步骤四：对H₁和H₂进行比对；

当ΔH小于预设的高度阈值时，判定从近地面到max(H₁,H₂)处大气边界层为对流边界层；ΔH＝|H₁-H₂|；

当ΔH大于高度阈值时，且H₂H₁时，判定距离ΔH大于高度阈值时刻最近的、且在该时刻之前的ΔH＝0的时刻开始，到ΔH再次等于0的时刻之间，从近地面到H₂处为稳定边界层；判定H₂到H₁之间为残留层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，使用混合型激光雷达进行观测，获得垂直方向的气溶胶光学特性廓线和垂直风速廓线，包括：

混合型激光雷达进行垂直探测或者仰角足够大的斜向探测，斜向探测包括固定探测、多方向扫描探测以及圆锥式扫描探测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，气溶胶光学特性包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数、距离修正光子数、载噪比中的一个或多个。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据垂直风速探测结果反演大气边界层高度H₂包括：根据垂直风速探测结果计算湍流强度，利用湍流强度在边界层附近的急速下降或者是湍流强度的阈值反演大气边界层高度H₂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述湍流强度反应湍流强度随高度变化的物理量，包含湍流动能耗散率、湍流强度以及湍流强度某个方向的分量。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，湍流强度计算需要在一定的时间窗进行计算，该时间窗根据探测的最高时间分辨率以及用户需求决定，1分钟到1小时内可灵活选取。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阈值根据各地地理环境和大气状况，根据不同季节选取。