[发明专利]一种利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法

权利要求书

1.一种利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用单波长激光雷达反演获得单波长下的消光系数廓线在大气垂直高度z上的分布；

S2：利用能见度仪获得地面能见度值反演地面气溶胶消光系数，结合几何重叠因子，对步骤S1中激光雷达同时刻反演的消光系数的盲区进行校正；

S3：利用单波长激光雷达反演获得单波长下的相对湿度RH在大气垂直高度z上的分布；利用氮气和水汽分子的拉曼散射信号反演获得大气水汽密度廓线，利用氮气分子高低量子数转动拉曼散射信号反演获得大气温度廓线，进而得到大气相对湿度的高度变化；

S4：利用能见度仪获得的能见度值反演地面355nm波段大气颗粒物的消光系数,所述能见度仪获取能见度值的时间应包含四季且不同污染程度的天气时的长时探测数据；

S5：利用宽粒径谱仪获取不同时刻PM₁、PM_2.5和PM₁₀的质量浓度M_PM1，M_PM2.5，M_PM10；

S6：利用自动气象站系统获取实时大气相对湿度R_H(z₀)；

S7：利用宽粒径谱仪获得的PM₁、PM_2.5和PM₁₀质量浓度与能见度仪反演的355nm波长下的消光系数α_K(z₀,λ₀)以及大气相对湿度R_H(z₀)，对相同时刻探测得到的数据进行拟合后，可以获得参数化方程；针对此大量采样数据按不同梯度相对湿度RH(z₀)范围分别建立地面PM₁、PM_2.5和PM₁₀质量浓度与消光系数参数化方程；

S8：利用获得355nm波长下反演的盲区校正后的消光系数廓线α_A(z,λ₀)和PM₁、PM_2.5和PM₁₀质量浓度与气溶胶消光系数参数化方程，以及相对湿度廓线RH(z)，计算得到大气PM₁、PM_2.5和PM₁₀质量浓度廓线。

2.根据权利要求1所述的利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法，其特征在于，所述步骤S1具体是：

利用355nm波长下高度z处的氮气通道拉曼雷达大气回波信号功率P_N(z)，精细反演355nm波长下的消光系数廓线α_A(z,λ₀)，表示为

式中，λ₀为激光的发射波长，λ₀对应355nm；z为探测大气高度；P_N(z)为355nm的拉曼散射回波信号功率，下标N代表氮气分子；E₀为激光雷达功率；Y(z)为重叠函数；后向散射系数β_N是氮气的分子数密度N_N(z)和氮气的拉曼后向散射截面积的乘积；α_M(λ₀,z)为355nm波长下在高度z下的大气分子消光系数。