基于微脈沖激光雷達(dá)反演整層氣溶膠光學(xué)厚度.pdf

1、氣溶膠光學(xué)厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)是反映氣溶膠消光特性的重要光學(xué)參數(shù)，也是研究輻射氣候效應(yīng)的關(guān)鍵因子，在氣候?qū)W、大氣光傳輸、遙感應(yīng)用以及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
　　目前，氣溶膠的觀測手段包括空基遙感和地基遙感。空基遙感主要指衛(wèi)星遙感，可實(shí)現(xiàn)大范圍的觀測。地基遙感中應(yīng)用較為成熟的主要有太陽光度計和激光雷達(dá)。太陽光度計的反演精度最高，但只能準(zhǔn)確獲得白天晴朗無云時刻整層大氣氣溶膠的光

2、學(xué)厚度。激光雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)對大氣的連續(xù)觀測，能夠彌補(bǔ)太陽光度計的不足。激光雷達(dá)反演氣溶膠光學(xué)厚度的常規(guī)方法是直接對各個高度上的消光系數(shù)進(jìn)行積分。然而激光雷達(dá)的有效探測高度有限，按照積分的方法很難獲得整層氣溶膠的光學(xué)厚度。本文提出了一種基于微脈沖激光雷達(dá)利用氣溶膠標(biāo)高計算整層大氣氣溶膠光學(xué)厚度的方法。
　　氣溶膠標(biāo)高是反映氣溶膠垂直分布信息的物理量。獲取氣溶膠標(biāo)高的方法通常是利用太陽光度計和能見度儀等多種儀器聯(lián)合反演。由于太陽光度計只能

3、準(zhǔn)確測量晴朗無云的白天時段氣溶膠的光學(xué)厚度，因此用常規(guī)方法也只能得到對應(yīng)時段的標(biāo)高。
　　本文基于微脈沖激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)反演得到氣溶膠標(biāo)高，再結(jié)合近地面消光系數(shù)計算得到整層氣溶膠光學(xué)厚度。最后，根據(jù)太陽光度計的測量結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　主要工作如下:
　　1.利用微脈沖激光雷達(dá)反演氣溶膠標(biāo)高
　　首先根據(jù)Fernald算法反演得到了氣溶膠的垂直消光廓線，經(jīng)統(tǒng)計分析后給出了四種典型的廓線;然后根據(jù)四種廓線

4、的特點(diǎn)提出了相應(yīng)計算氣溶膠標(biāo)高的方法，得到了一晝夜氣溶膠標(biāo)高的變化趨勢。結(jié)果顯示，夜間和清晨氣溶膠標(biāo)高較小，白天標(biāo)高較大，午后會達(dá)到最大值;最后將利用激光雷達(dá)反演得到的標(biāo)高與常規(guī)方法得到的結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)性分析，兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.98，說明本文給出的四種計算氣溶膠標(biāo)高的方法可行。
　　2、計算整層氣溶膠光學(xué)厚度
　　首先基于微脈沖激光雷達(dá)的水平測量數(shù)據(jù)利用斜率法反演得到近地面氣溶膠消光系數(shù);然后結(jié)合利用激光雷達(dá)反演得到的