[发明专利]一种提高二氧化碳差分吸收激光雷达反演精度的方法

说明书

本发明提供一种提高二氧化碳差分吸收激光雷达反演精度的方法，包括如下步骤：步骤1，根据差分吸收激光雷达实测信号反演每层二氧化碳光学厚度值；步骤2，根据切比雪夫拟合优化每层二氧化碳光学厚度值；步骤3，将最低信号接收位置与边界层之间的总二氧化碳光学厚度值作为限制条件，以每层信号的信噪比为权重，构建条件平差模型，获得最优化的每层二氧化碳光学厚度值。本发明方法所提供基于二氧化碳差分激光雷达廓线浓度的反演方法，不仅具有较好的精度，也具有较强的稳定性。这将大大降低二氧化碳反演精度对硬件参数的限制，为研究碳循环以及气候变化提供更精确的数据。

技术领域

本发明涉及大气遥感领域，有效利用差分吸收激光雷达采集的高信噪比信号，提高CO2 廓线浓度反演的精度。

背景技术

CO₂是目前最重要的温室气体，它的分布与气候变化息息相关。云和地球表面会将分入射 的太阳辐射反射回太空中，部分被大气吸收，剩余部分被地球表面吸收，CO₂分子会使地球 表面变暖。它使人使类的环境变得更适宜居住，如果没有温室气体的存在，那地球的平均温 度会比现在低30℃。

但是，如果大气中CO₂的含量过高，其造成的影响将会危害整个自然环境，温度升高会 使得南北极的海冰融化，导致海平面升高，会导致一些海拔较低的国家淹没。不仅如此，南 北极冻土下储存了大量的甲烷，温度升高会引起该地区释放越来越多的温室气体，引起多米 诺效应。温度升高还会引起森林火灾的发生概率，全球气候变暖会影响全球的气候变化，使 中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少，会增加极端天气出现的概率，如厄尔尼 诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等。温度升高还会使得植物的初级 生产力受到影响，过高的温度使得植物进行光合作用时候的光饱和点改变，导致其生长受阻。

因此，如何有效地对CO₂进行监测是十分有必要的。差分吸收激光雷达是目前主流的主 动探测方法，目前已经广泛用于CO₂的观测。但是在反演其廓线浓度中，随着探测高度的增 加，其信号信噪比较低，通过传统方法反演的结果精度较低。由于大气边界层处的返回信号 能量较高，因此，视场初始位置与大气边界层的总柱浓度可以认为是准确值，该部分可以作 为一个条件去约束每个分层的廓线浓度。本方法结合条件平差大大提高了CO₂廓线浓度的精 度，该方法为研究全球气候变化提供有力的帮助。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对CO₂差分吸收激光雷达传的传统反演方法精度较低， 提供一种基于条件平差提高CO₂反演精度的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高二氧化碳差分吸收激光雷达反演 精度的方法，包括如下步骤：

步骤1，根据差分吸收激光雷达实测信号反演每层二氧化碳光学厚度值；

步骤2，根据切比雪夫拟合优化每层二氧化碳光学厚度值；

步骤3，将最低信号接收位置与边界层之间的总二氧化碳光学厚度值作为限制条件，以每 层信号的信噪比为权重，构建条件平差模型，获得最优化的每层二氧化碳光学厚度值。

进一步的，步骤1的中二氧化碳光学厚度值的计算公式如下，

其中，DAOD代表二氧化碳光学厚度值，代表在r处的off-line波长的接收能量，代表在r处的on-line波长的接收能量，r是探测距离，r_top表示积分区间的开始，r_bottom代表积分 区间的截止距离，λ_on和λ_off分别代表on-line波长以及off-line波长。

进一步的，步骤3中构建条件平差模型的具体实现方式如下，