[发明专利]空中云系可凝结水量的遥感探测系统与探测方法

权利要求书

1.空中云系可凝结水量的遥感探测系统，其特征在于，包括用于获取云底和云顶高度值的米散射激光雷达(1)、用于获取大气温度廓线数据的转动拉曼激光雷达(2)、用于获取气流垂直运动速度的测风激光雷达(3)和用于判断是否存在降雨的微雨雷达(4)；所述的米散射激光雷达(1)、转动拉曼激光雷达(2)、测风激光雷达(3)、微雨雷达(4)均连接至数据处理系统(5)。

2.根据权利要求1所述的一种用于空中云系可凝结水量的遥感探测系统，其特征在于，所述的米散射激光雷达(1)发射的激光波长为355nm。

3.根据权利要求1所述的一种用于空中云系可凝结水量的遥感探测系统，其特征在于，所述的测风激光雷达(3)发射的激光波长为1550nm。

4.根据权利要求1所述的一种用于空中云系可凝结水量的遥感探测系统，其特征在于，所述的微雨雷达(4)为Ka波段雷达。

5.根据权利要求1所述系统进行空中云系可凝结水量的探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、选择有云天，将米散射激光雷达(1)、转动拉曼激光雷达(2)、测风激光雷达(3)和微雨雷达(4)同时对天空进行垂直观测；

步骤2、获取米散射激光雷达(1)的后向散射信号P(z)，计算得到云底高度H_bc和云顶高度H_tc；

获取转动拉曼激光雷达(2)的后向散射信号反演出温度廓线，根据温度廓线计算出云底和云顶的饱和水汽密度S_H(t)；

利用测风激光雷达(3)获取大气中的风速数据，并得到垂直气流运动速度v；

利用微雨雷达(4)获得Ka波段回波信号；

步骤3、结合步骤2获得的Ka波段回波信号对垂直气流运动速度v进行修正；

步骤4、根据计算得出的饱和水汽密度S_H(t)和大气中垂直运动速度v，利用下面公式计算得到在一段时间t₀范围内大气中的可凝结水量P_cong

步骤5、根据云底高度H_b和云顶高度H_tc计算进入到云层中的凝结水P_{cong_bc}及从云顶逃逸出去的可凝结水P_{cong_tc}；进入到云层中的凝结水减去云顶逃逸出去的凝结水即为云中的可凝结水量

P_{cong_c}＝P_{cong_bc}-P_{cong_tc}。 (12)

6.根据权利要求3所述的一种利用遥感探测系统探测云中可凝结水量的方法，其特征在于，步骤2中计算出云底和云顶的饱和水汽密度S_H(t)的具体步骤为：

步骤2.1、根据转动拉曼激光雷达(2)获取的后向散射信号P_H(T,z)和P_L(T,z)，P_H(T,z)和P_L(T,z)反演得到大气温度廓线数据，回波信号波长分别为352.7nm和353.9nm，公式表示如下：

A、B、C为系统常数，具体数值随激光雷达系统参数而变化，需要利用探空数据对A、B、C数值进行标定；

步骤2.2、根据云底高度H_b和云顶高度H_tc确定云底温度T_b和云顶温度T_tc；

步骤2.3、根据云底和云顶的温度数据计算云底和云顶的饱和水汽压e_b(T)和e_tc(T)，温度廓线T的单位为℃，饱和水汽压的计算公式如下式所示：

e(T)＝610.8×exp[17.27T/(T+237.3)]； (14)

步骤2.4、根据水面饱和水汽压和温度计算得出云顶和云底饱和水汽密度S_Htc(t)和S_Hb(t)，饱和水汽密度计算公式如下；

S_H(T)＝2.17×e(T)/(T+273.15)。 (15)