[发明专利]基于双波长米散射激光雷达数据的气溶胶廓线反演方法

说明书

本公开提供了一种基于双波长米散射激光雷达数据的气溶胶廓线反演方法及其装置，该方法包括：获取气溶胶成分廓线初值；构建混合模式气溶胶光学特性正向模型；将气溶胶成分廓线初值输入至正向模型得到气溶胶激光雷达比和模拟气溶胶消光系数廓线；基于气溶胶激光雷达比，采用Fernald法反演获得反演气溶胶消光系数廓线；根据模拟气溶胶消光系数廓线和反演气溶胶消光系数廓线得到气溶胶消光系数廓线比值，并利用其来调整气溶胶总浓度；基于气溶胶光学厚度值调整气溶胶成分比例；根据调整后的气溶胶总浓度和各成分比例，得到新的气溶胶成分廓线；重复以上步骤，直至模拟气溶胶消光系数廓线与反演气溶胶消光系数廓线的结果差异小于阈值，完成气溶胶廓线反演。

技术领域

本公开涉及气溶胶测量技术领域，具体涉及一种基于双波长米散射激光雷达数据的气溶胶廓线反演方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

大气气溶胶是指大气中悬浮的相当数量的固体或者液体粒子，尺度在0.001μm～100μm之间，其对地球气候、辐射、环境等方面起着重要的作用。如气溶胶是形成云雾降水的条件，可以为大气中水汽凝结或冻结提供凝结核或冻结核；其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡；气溶胶也是灰霾现象的重要成因之一，直接影响空气的能见度和人的身体健康。除此之外，大气中气溶胶成分、含量的变化也是地质运动、生态变化及人类活动的重要指针。因此，对气溶胶在大气中的总量、垂直分布及组成成分进行监控可以为多个领域提供重要的研究资料。

大气探测激光雷达通过主动向地球大气层发射激光，接收大气中气溶胶粒子、大气分子及云粒子的后向散射回波信号，可实现气溶胶消光系数廓线及光学厚度等信息的反演，是当前获取长时序高垂直分辨率气溶胶剖面信息的唯一手段。

目前应用最为广泛的激光雷达气溶胶反演方法为Fernald法，该方法的特点在于基于激光雷达方程，将激光雷达米散射回波信号分解为大气分子和气溶胶两部分来源，假设气溶胶消光系数边界值、激光雷达比后，对方程进行求解获取气溶胶消光系数廓线。然而由于大气物理化学变化复杂性和气溶胶成分多样性等因素的影响，气溶胶激光雷达比依赖于经验值、大气中单一模式气溶胶设定等假设条件的存在会给气溶胶消光系数廓线的反演引入较大的误差。同时，目前尚未有成熟的激光雷达信号反演算法可以实现气溶胶消光系数廓线获取的同时提取气溶胶的成分组成信息。这给大气探测激光雷达反演气溶胶在生态、环境、气候等领域中的研究和应用带来了瓶颈。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本公开实施例提供的一种基于双波长米散射激光雷达数据的气溶胶廓线反演方法、装置、电子设备及存储介质，该方法通过构建气溶胶成分廓线与双通道激光雷达回波信号之间的关系，对不同波长上气溶胶的激光雷达比进行迭代优化，实现了大气气溶胶消光系数廓线的高精度探测及气溶胶成分组成信息的准确评估。

本公开的第一个方面提供了一种基于双波长米散射激光雷达数据的气溶胶廓线反演方法，包括：S1，根据大气探测激光雷达数据，获取对应的气溶胶成分廓线初值；S2，构建混合模式气溶胶光学特性正向模型；S3，将气溶胶成分廓线初值输入至混合模式气溶胶光学特性正向模型进行模拟，得到双波长通道的气溶胶激光雷达比和模拟气溶胶消光系数廓线；S4，基于气溶胶激光雷达比，采用Fernald法反演获得大气探测激光雷达数据的反演气溶胶消光系数廓线；S5，根据模拟气溶胶消光系数廓线和反演气溶胶消光系数廓线，得到双波长通道的气溶胶消光系数廓线比值，基于气溶胶消光系数廓线比值来调整气溶胶总浓度，并计算气溶胶光学厚度值，基于气溶胶光学厚度值调整气溶胶成分比例；S6，根据调整后的气溶胶总浓度和各成分比例，计算得到新的气溶胶成分廓线；S7，判断S3中得到的模拟气溶胶消光系数廓线及S4中得到的反演气溶胶消光系数廓线之间的结果差异是否小于一阈值；若否，重复步骤S3～S6，直至S3中得到的模拟气溶胶消光系数廓线及S4中得到的反演气溶胶消光系数廓线之间的结果差异小于一阈值为止，迭代结束，完成气溶胶廓线反演。