基于微脉冲激光雷达反演整层气溶胶光学厚度

发布时间：2017-12-09 23:05

  本文关键词：基于微脉冲激光雷达反演整层气溶胶光学厚度

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【摘要】：气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)是反映气溶胶消光特性的重要光学参数,也是研究辐射气候效应的关键因子,在气候学、大气光传输、遥感应用以及环境监测等领域有重要的科学意义和应用价值。目前,气溶胶的观测手段包括空基遥感和地基遥感。空基遥感主要指卫星遥感,可实现大范围的观测。地基遥感中应用较为成熟的主要有太阳光度计和激光雷达。太阳光度计的反演精度最高,但只能准确获得白天晴朗无云时刻整层大气气溶胶的光学厚度。激光雷达可实现对大气的连续观测,能够弥补太阳光度计的不足。激光雷达反演气溶胶光学厚度的常规方法是直接对各个高度上的消光系数进行积分。然而激光雷达的有效探测高度有限,按照积分的方法很难获得整层气溶胶的光学厚度。本文提出了一种基于微脉冲激光雷达利用气溶胶标高计算整层大气气溶胶光学厚度的方法。气溶胶标高是反映气溶胶垂直分布信息的物理量。获取气溶胶标高的方法通常是利用太阳光度计和能见度仪等多种仪器联合反演。由于太阳光度计只能准确测量晴朗无云的白天时段气溶胶的光学厚度,因此用常规方法也只能得到对应时段的标高。本文基于微脉冲激光雷达测量数据反演得到气溶胶标高,再结合近地面消光系数计算得到整层气溶胶光学厚度。最后,根据太阳光度计的测量结果验证了该方法的可行性。主要工作如下:1.利用微脉冲激光雷达反演气溶胶标高首先根据Fernald算法反演得到了气溶胶的垂直消光廓线,经统计分析后给出了四种典型的廓线;然后根据四种廓线的特点提出了相应计算气溶胶标高的方法,得到了一昼夜气溶胶标高的变化趋势。结果显示,夜间和清晨气溶胶标高较小,白天标高较大,午后会达到最大值;最后将利用激光雷达反演得到的标高与常规方法得到的结果进行了相关性分析,两者之间的相关系数为0.98,说明本文给出的四种计算气溶胶标高的方法可行。2、计算整层气溶胶光学厚度首先基于微脉冲激光雷达的水平测量数据利用斜率法反演得到近地面气溶胶消光系数;然后结合利用激光雷达反演得到的标高得到了整层气溶胶的光学厚度。3、对比验证将根据气溶胶标高与近地面消光系数得到的光学厚度与太阳光度计在同一时间同一地点的测量结果进行了对比分析。结果表明两者之间的相对误差最大为13.4%,最小为0.3%,每天的平均误差不超过6.7%。说明利用气溶胶标高计算气溶胶光学厚度的方法是可行的。为反演白天少云和夜间气溶胶的光学厚度提供了一种新的技术手段。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P407;TN958.98

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