[发明专利]一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法

说明书

本发明公开了一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法。其基本原理为：利用一台混合型激光雷达，集成直接探测气溶胶激光雷达系统和相干测风激光雷达系统，同时探测气溶胶光学特性和湍流强度的垂直廓线，分别反演出大气边界层高度，利用两者差值与选定阈值的比较，判定出不同类型的大气边界层。该方法仅使用一台设备即可定量的对大气边界层进行分类，并对各类型边界层进行定量的参数化描述，有助于气候模型、天气预报模型、大气污染扩散模型等大气模式精度的进一步提高。

技术领域

本发明涉及大气探测领域，尤其涉及一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法。

背景技术

大气边界层，也常被称作行星边界层，是地球大气圈层中直接受地表活动影响并响应的区域。诸如摩擦阻力，蒸腾作用，蒸发作用和热传导等活动都会在一定的时间内影响到边界层的变化。受日出日落地表大气湍流活动变化的影响，大气边界层主要分为三类：对流边界层，稳定边界层和残留层。太阳升起后，大气边界层受日照引起的地表辐射加热影响，对流活动和垂直混合强烈，边界层高度升高，故被称为对流边界层，在该区域内气溶胶，水汽，痕量气体等各种成分充分混合，因此也被称为混合层。太阳落山后，辐射减弱，近地表大气层结稳定，活动减弱，边界层高度降低，被称为稳定边界层。而在稳定边界层顶之上，日落后对流边界层衰减形成的一层则被称为残留层。大气边界层，是大气污染控制，数值天气预报，城市和农业气象，航空气象和水文学领域中的关键区域。基于大气边界层高度的高时空分辨率探测对大气边界层的有效分类，可以有效提高大气模式的精度以及模式参数化的发展，在气象预报、气候模型和大气污染控制中有着重要的作用。

然而，本发明的发明人发现：传统上对大气边界层的分类主要是定性为主，少有基于定量的分类，不利于气象预报等实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法，旨在解决单台设备探测提供高时间分辨率的边界层分类结果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法，所述混合型激光雷达包括：连续激光器、分束器、声光调制器、光纤放大器、环形器、双筒型望远镜、光开关、耦合器、平衡探测器、模拟采集卡、计算机、滤波器、探测器、数字采集卡；双筒型望远镜包括发射望远镜和接收望远镜；

连续激光器的输出端与分束器的输入端连接，分束器的第一输出端与声光调制器的输入端连接，分束器的第二输出端与耦合器的第一输入端连接，声光调制器的输出端与光纤放大器的输入端连接，光纤放大器的输出端与环形器的输入端连接，环形器的收发端与发射望远镜连接，环形器的输出端与光开关的输入端连接，光开关的输出端与耦合器的第二输入端连接，耦合器的输出端与平衡探测器连接，平衡探测器的输出端与模拟采集卡连接，模拟采集卡与计算机连接；

接收望远镜的输出端与滤波器连接，滤波器的输出端与探测器的输出端连接，探测器的输出端与数字采集卡连接，数字采集卡与计算机连接；

所述方法包括：

步骤一：使用混合型激光雷达进行观测，获得垂直方向的气溶胶光学特性廓线和垂直风速廓线；

步骤二：根据获得的气溶胶光学特性廓线反演大气边界层高度H₁；

步骤三：根据获得的垂直风速廓线反演大气边界层高度H₂；

步骤四：对H₁和H₂进行比对；

当ΔH小于预设的高度阈值时，判定从近地面到max(H₁,H₂)处大气边界层为对流边界层；ΔH＝|H₁-H₂|；