[发明专利]一种基于新型地基激光雷达网的激光雷达比区域传输方法

权利要求书

1.一种基于新型地基激光雷达网的激光雷达比区域传输方法，其特征在于，所述的新型地基激光雷达网包括布置在中心位置的高光谱分辨率激光雷达模块以及布置在高光谱分辨率激光雷达模块周围的多个米散射激光雷达模块；每个米散射激光雷达模块与高光谱分辨率激光雷达模块的间距不同；

所述的高光谱分辨率激光雷达模块包括在同一位置协同观测的高光谱分辨率激光雷达与对应的太阳光度计；

所述的米散射激光雷达模块包括设置在同一位置协同观测的米散射激光雷达与对应的太阳光度计；

所述的激光雷达比区域传输方法包括以下步骤：

（1）选择需要探究的O位置与气溶胶类型，以O位置为中心布置新型地基激光雷达网；分别计算在O位置，且同一时刻高光谱分辨率激光雷达观测的气溶胶激光雷达比与太阳光度计观测对应的气溶胶含量；

（2）结合O位置气溶胶的历史数据，对步骤（1）所获气溶胶激光雷达比与对应气溶胶含量的数据进行筛选；

（3）数据筛选后，建立O位置气溶胶激光雷达比与对应气溶胶含量数据之间的非线性回归模型；

（4）以O位置为中心，计算其周围500km内全部太阳光度计观测的气溶胶含量；

（5）将步骤（4）中计算的气溶胶含量代入步骤（3）中的非线性回归模型，并建立多组不同太阳光度计位置之间传输距离与激光雷达比相对误差两者的数学关系；具体过程如下：

（5-1）任意挑选步骤（4）中提及的两个太阳光度计的站点，其中一个设为M站点，另一个设为N站点；通过步骤（3）中的非线性回归模型将两个站点观测气溶胶含量转换成激光雷达比；

（5-2）假设以M站点为中心，M点与N点的经纬度分别与，计算M、N两个站点之间的相对距离，公式如下：

式中，表示地球的半径，分别选择两个站点气溶胶含量在同一个小时的数据，且该数据为每日的整点时刻数据，并以M站点的激光雷达比为真实值，N站点的激光雷达比为参考值计算激光雷达比的相对误差；上述激光雷达比相对误差与两个站点的传输距离称为一组对应点；

（5-3）重复步骤（5-2），计算任意两个站点之间激光雷达比相对误差与相对距离，获得多组对应点；

（5-4）根据步骤（5-3）计算的多组对应点建立激光雷达比相对误差与相对距离之间的数学关系；

（6）确定激光雷达比相对误差的上限，并结合步骤（5）的所建立的数学关系，明确激光雷达比区域传输方法适用的传输范围。

2.根据权利要求1所述的基于新型地基激光雷达网的激光雷达比区域传输方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的同一时刻指的是气溶胶激光雷达比与气溶胶含量需选择在每日整点时刻的数据。

3.根据权利要求1所述的基于新型地基激光雷达网的激光雷达比区域传输方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的气溶胶激光雷达比的计算过程如下：

高光谱分辨率激光雷达获得三个通道的激光雷达方程：

式中，表示系统校正后的激光雷达衰减后向散射信号，=1, 2或 3；表示气溶胶或大气分子的垂直通道后向散射系数，代表垂直；表示气溶胶或大气分子的平行通道后向散射系数，代表平行，与分别表示气溶胶与大气分子；与分别表示探测的起始高度与终点高度；表示气溶胶或大气分子的消光系数；表示气溶胶或分子通道的透过率；

通过上述三个通道的激光雷达方程解得、、与，高光谱分辨率激光雷达观测的气溶胶激光雷达比通过下式计算获得：

。

4.根据权利要求1所述的基于新型地基激光雷达网的激光雷达比区域传输方法，其特征在于，步骤（1）中，气溶胶含量的计算过程如下：

气溶胶含量的计算采用Bahadur提出的基于太阳光度计观测参数反演公式：

式中，表示吸收气溶胶光学厚度，可从太阳光度计观测数据获得；表示波长，为440、675或880nm；表示参考波长，为440、675或880nm；表示基于参考波长下不同气溶胶含量的吸收气溶胶光学厚度，为黑碳、棕碳或沙尘；表示吸收埃指数，=1或2；

气溶胶各成分的气溶胶光学厚度由下式获得：

式中，表示黑碳、棕碳或沙尘的气溶胶光学厚度；表示黑碳、棕碳或沙尘的单次散射反照率；通过计算占总的比例，即可计算获得对应气溶胶的含量。