[发明专利]基于多波长激光雷达的云凝结核数浓度垂直廓线反演方法

权利要求书

1.基于多波长激光雷达的云凝结核数浓度垂直廓线反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用多波长激光雷达观测反演气溶胶的光学参数，包括：355和532nm波长上的消光系数(α₃₅₅，α₅₃₂)、355、532和1064nm波长上的后向散射系数(β₃₅₅，β₅₃₂，β₁₀₆₄)、532nm的激光雷达比和退偏振比；

S2：利用步骤S1获得的激光雷达比和退偏振比判断气溶胶的类型，主要类型包括三种:城市工业气溶胶(Type 1)，生物质燃烧气溶胶(Type 2)以及沙尘气溶胶(Type 3)；

S3：利用探空数据获得大气相对湿度廓线结合步骤S1中的气溶胶光学参数观测值(β₃₅₅，β₅₃₂，β₁₀₆₄，α₃₅₅，α₅₃₂)，计算气溶胶光学参数的吸湿增强因子和考虑相对湿度后的光学参数修正值；

S4：选择双模态对数正态分布作为三种类型气溶胶的谱分布模型，建立考虑气溶胶粒子形状的T-matrix散射模型，结合地面Aeronet长期观测数据建立不同类型气溶胶的谱分布参数与气溶胶光学参数之间相关联的查找表；

S5：根据步骤S2、步骤S3和步骤S4计算获得的气溶胶类型、气溶胶光学参数修正值和查找表，反演获取气溶胶谱分布参数的垂直分布，在此基础上进一步计算得到不同过饱和比下云凝结核数浓度的垂直廓线；

所述步骤S1具体包括：

S11：对多波长激光雷达探测到的回波信号数据进行预处理，包括背景噪声订正和重叠因子订正；

S12：采用Raman-Mie方法反演355、532nm的气溶胶消光系数和后向散射系数(α₃₅₅，α₅₃₂，β₃₅₅，β₅₃₂)，其中消光系数和后向散射系数的反演公式分别如下：

其中为距离z处的N₂的分子数密度；和表示距离z处大气分子在波长λ₀和λ_R上的消光系数；和为距离z处气溶胶在波长λ₀和λ_R上的消光系数；和为距离z和z_c处大气分子在波长λ₀上的后向散射系数，z_c是标定高度；和为激光雷达系统接收的来自距离z和z_c处的N₂的弹性后向散射回波信号；和为激光雷达系统接收的来自距离z和z_c处的N₂的拉曼后向散射回波信号；

采用Fernald方法反演1064nm的后向散射系数反演公式为：

其中S₁和S₂分别是气溶胶和大气分子的激光雷达比，P₁₀₆₄(z)激光雷达系统接收的在距离z的1064nm波长上的回波信号，为大气分子在1064nm波长上的后向散射系数；

S13：根据步骤S12中得到的光学参数，计算激光雷达比R以及退偏振比δ的公式分别如下：

其中和为气溶胶在波长λ上、高度z处的消光系数和后向散射系数，其中波长λ可为355或532nm；下标p和s分别表示与发射激光偏振方向平行和垂直的两个方向；P_s(z,λ)和P_p(z,λ)分别为激光雷达在高度z处接收到的大气后向散射回波功率的平行偏振分量和垂直偏振分量；k(λ)＝k_p(λ)/k_s(λ)，为两个通道的增益常数比，即标定因子，主要受激光雷达系统的退偏振效应和两个通道的探测效率等因素的影响。

2.根据权利要求1所述的基于多波长激光雷达的云凝结核数浓度垂直廓线反演方法，其特征在于，所述步骤S2的气溶胶类型判断依据为：城市工业气溶胶(Type 1)，生物质燃烧气溶胶(Type 2)以及沙尘气溶胶(Type 3)的532nm的激光雷达比和退偏振比范围分别为45-70sr和0-6％，55-70sr和2-10％，30-50sr和15-30％。