[发明专利]一种利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法

说明书

本发明提供了一种利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法，具体步骤包括：1)利用单波长激光雷达反演获得单波长下的消光系数廓线在大气垂直高度z上的分布，对反演的消光系数廓线的盲区进行校正；2)利用氮气和水汽分子的拉曼散射信号反演获得大气相对湿度廓线；3)利用宽粒径谱仪与能见度仪联合探测方法分别反演相同时刻下的质量浓度与波段大气颗粒物的消光系数，归纳出地面质量浓度与消光系数的参数化方程；4)对不同高度处所对应不同相对湿度范围内的PM质量浓度选用相应的参数化模型进行反演，进而得到质量浓度廓线。本发明既可解决现有算法中精度较低的问题，还可解决现有算法中反演的PM质量浓度廓线结果误差较大的问题。

技术领域

本发明属于激光雷达大气探测技术领域，具体涉及一种利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法。

背景技术

颗粒物(PM)是大气中最易发生变化的成分，对空气质量、天气和气候有显著影响，特别是在人口密集及工业发展地区，常常伴随着较高浓度的气溶胶。大气PM质量浓度在垂直方向具有梯度变化，因而地面与高层处的污染程度和相对湿度一般不同，在实际大气中，不同高度处的气溶胶含量不同，且地面与边界层顶部的气溶胶含量及相对湿度区别较大，因此，现有方法利用激光雷达探测大气气溶胶质量浓度廓线时，通常采用地面处同时同地获取的质量浓度与消光系数相关性方程，作为不同高度处的气溶胶质量浓度反演公式。但实际上由于气溶胶在不同相对湿度范围内发生吸湿性增长的程度不同，导致在不同相对湿度范围内消光系数与质量浓度之间的相关性方程也不同。

一般地，颗粒物质量浓度在近地面会保持大致恒定，但随着大气高度的增加，颗粒物浓度与大气相对湿度会呈下降趋势，因而现有算法中仅选取短时间内迭代的地面气溶胶质量浓度与消光系数方程反演边界层较高处的质量浓度具有较低的精度，且不具有统计特征。此外，算法中仅采用以地面气溶胶质量浓度-消光系数模型去反演质量浓度廓线的方法，忽略了相对湿度对消光系数的影响，其反演的PM质量浓度廓线结果误差较大。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了一种利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法，解决了现有技术中存在反演质量浓度廓线结果不准确的问题。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该利用单波长激光雷达探测气溶胶质量浓度廓线的方法，包括以下步骤：

S1：利用单波长激光雷达反演获得单波长下的消光系数廓线在大气垂直高度z上的分布；

S2：利用能见度仪获得地面能见度值反演地面气溶胶消光系数，结合几何重叠因子，对步骤S1中激光雷达同时刻反演的消光系数的盲区进行校正；

S3：利用单波长激光雷达反演获得单波长下的相对湿度RH在大气垂直高度z上的分布；利用氮气和水汽分子的拉曼散射信号反演获得大气水汽密度廓线，利用氮气分子高低量子数转动拉曼散射信号反演获得大气温度廓线，进而得到大气相对湿度的高度变化；

S4：利用能见度仪获得的能见度值反演地面355nm波段大气颗粒物的消光系数,所述能见度仪获取能见度值的时间应包含四季且不同污染程度的天气时的长时探测数据；

S5：利用宽粒径谱仪获取不同时刻PM₁、PM_2.5和PM₁₀的质量浓度M_PM1，M_PM2.5，M_PM10；

S6：利用自动气象站系统获取实时大气相对湿度R_H(z₀)；