基于转动拉曼散射和星载CALIOP数据的气溶胶高精度反演方法.pdf

《基于转动拉曼散射和星载CALIOP数据的气溶胶高精度反演方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于转动拉曼散射和星载CALIOP数据的气溶胶高精度反演方法陈炳龙2015年12月中图分类号：TN958.98UDC分类号：528.8基于转动拉曼散射和星载CALIOP数据的气溶胶高精度反演方法作者姓名陈炳龙学院名称光电学院指导教师张寅超教授答辩委员会主席教授申请学位工学博士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月HighprecisionaerosolinversionusingrotationalRamanscatterandspaceborneCALIOPdataCandidateName：BinglongChen

2、SchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.YinchaoZhangChair,ThesisCommittee：Prof.DegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，

3、文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要大气气溶胶来源广泛，化学组分复杂，其理化特性也有很大的变化范围，气溶胶的光学特性是气溶胶辐射效应的重要因素，而且气溶胶粒子对环境、气候以及人体健康都有重要的影响。在众多的气溶胶的探测方法中，激光雷达以其光源的良好单色性、定向性和高功率，使得激光雷达在探测大气气溶胶方

4、面有着较高的时空分辨率和探测精度，对大气气溶胶的反演研究具有重要的科学意义和应用价值。本文基于拉曼-米激光雷达系统，主要致力于大气气溶胶反演方法的改进，在对系统的仿真计算和误差溯源分析的基础上，首次考虑大气温度的影响，使用转动拉曼散射对米散射反演大气气溶胶进行了优化，提出Raman-Mie新算法，与不考虑大气温度影响的Raman-Mie方法相比，米散射反演大气气溶胶后向散射系数的精度优化了1.1×10-4km-1sr-1，相对反演精度优化了15.8%；同时结合星载CALIOP激光雷达数据对地基米散射激光雷达反演大气气溶胶进行优化，与地基Raman-

5、Mie新算法相比，气溶胶后向散射系数反演精度优化了1.6×10-3km-1sr-1，相对反演精度优化了8.6%，并提出一种星载-地基激光雷达数据标定地基激光雷达几何因子的新方法；最后使用系统测量的北京2012年和2013年气溶胶数据对以上优化方法进行验证，对北京气溶胶季节性分布特征分析的结果表明北京2012年秋夏两季卷云消光后向散射比月均值为23.85±3.05sr，大气温度对云层气溶胶反演的影响要高于非云层气溶胶16.5%，北京2013年冬夏季反演数据表明大气温度对气溶胶反演的影响，夏季要高出冬季20%左右。论文主要研究内容如下：（1）针对实验室

6、已有的拉曼-米激光雷达系统对系统信噪比进行仿真计算，给出技术参数选取的依据；完成了对系统仪器常数及几何因子的标定；根据仿真计算结果对系统探测误差进行溯源分析并给出相应的解决方案；（2）分析拉曼-米激光雷达系统信号噪声的来源，对其进行分类；提出了5点滑动平滑与小波变换结合的方法对系统探测原始数据进行滤波和去噪，可有效保留突变数据的信息；（3）针对大气温度对气溶胶反演的影响，提出了Raman-Mie新算法，使用转动拉曼散射对米散射反演大气气溶胶进行优化，利用大气分子后向散射系数实际计算值替代标准大气消光模式参数，采用实际数据进行验证，在此基础上完成了拉

7、曼-米激光雷达大气气溶胶反演软件；I北京理工大学博士学位论文（4）结合星载CALIOP激光雷达Level1B数据对地基米散射激光雷达反演气溶胶进行优化，相对于地基Raman-Mie新算法，进一步提高了地基激光雷达气溶胶的反演精度，采用实际数据进行验证，同时提出一种结合星载-地基激光雷达数据反演地基激光雷达几何因子的新方法；（5）使用2012年和2013年北京气溶胶观测数据对以上优化方法进行了验证，并计算了北京地区冬夏季PM2.5-AOD（AerosolOpticalDepth）经验公式；从北京地区气溶胶的光学厚度、卷云的消光后向散射比以及大气温度对

8、气溶胶的影响三个层面对北京地区气溶胶季节性分布特征进行了研究。关键词：气溶胶；大气温度；激光雷达；转动拉曼散射；米散射；星