基于主成分分析算法的气溶胶微物理特性的反演与分析

发布时间：2023-04-23 03:52

　　气溶胶微物理特性的空间分布对研究大气物理化学过程都有重要的意义。多波段激光雷达是探测气溶胶的有效工具,通过激光雷达探测到的光学参量来反演气溶胶粒子谱分布,可以得到气溶胶的微物理参量。但是,对气溶胶粒子谱的反演算法具有较高的要求。论文主要围绕两部分内容展开研究。第一部分内容对垂直高度上的气溶胶粒子谱分布和微物理参量信息进行了统计研究与分析。利用机载气溶胶粒子谱仪采集到的600多组垂直分布的气溶胶粒子谱分布(其粒径分布范围从0.1～3μm),分析了气溶胶微物理参量垂直分布特征规律。应用多峰对数正态分布模型对不同高度气溶胶粒子谱分布进行拟合,并进行统计规律分析,分析结果对粒子谱反演算法的仿真提供数据支持。第二部分内容利用主成分分析算法,建立了一种自适应的气溶胶粒子谱及微物理特性反演方法,应用于多波长拉曼激光雷达探测气溶胶微物理参量信息。对多种类型粒子谱进行了仿真分析,实现了气溶胶的粒子谱分布,有效半径和体积浓度等参量的反演。统计分析表明微物理参量的最大反演误差可以控制在40%以内,平均误差在20%以内。同时,对算法进行了抗噪性分析,发现355nm后向散射系数、532nm消光系数误差对反演结果...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 气溶胶监测手段与技术
        1.2.1 直接监测技术
        1.2.2 被动式监测
        1.2.3 主动式遥感
    1.3 气溶胶粒子谱反演算法研究进展
    1.4 论文主要内容
2 垂直高度上气溶胶粒子谱分布的统计特征分析
    2.1 气溶胶粒子谱分布
    2.2 实测气溶胶数据拟合统计分析
        2.2.1 数据来源与仪器介绍
        2.2.2 飞机概况
        2.2.3 垂直高度气溶胶粒子谱分层拟合分析
        2.2.4 垂直高度气溶胶尺度谱参数化分析
    2.3 垂直高度实测谱分布微物理参量统计分析
    2.4 实测谱模型拟合归纳分析
    2.5 本章小结
3 主要成分分析算法的建模与分析
    3.1 主成分分析算法描述
    3.2 主成分分析法反演气溶胶粒子谱
        3.2.1 算法理论描述
        3.2.2 算法反演流程
    3.3 平滑核函数
        3.3.1 平滑结果图
        3.3.2 平滑因子对平滑核函数的影响
    3.4 主成分函数
    3.5 本章小结
4 主要成分分析算法的仿真与验证
    4.1 仿真与验证方法
    4.2 单峰正态谱分布的仿真
        4.2.1 复折射率反演
        4.2.2 参数选择
        4.2.3 单峰仿真结果
    4.3 双峰对数正态谱分布的仿真
        4.3.1 复折射率反演
        4.3.2 参数选择
        4.3.3 双峰仿真结果
        4.3.4 仿真结果小结
    4.4 算法抗噪性的计算与分析
    4.5 三参数微物理参量反演
    4.6 垂直高度实测谱验证
    4.7 垂直高度微物理参量的反演
    4.8 本章小结
5 总结与展望
致谢
参考文献
在校期间参与发表的文章



本文编号：3799031