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基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO2探测方法技术

技术编号:14562618 阅读:162 留言:0更新日期:2017-02-05 19:21
本发明专利技术公开了一种基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO2探测方法,首先,在CO2浓度反演模型中考虑了气溶胶扰动影响;其次,进行1064nm和1572nm波长的米散射激光雷达的同时观测,获取1064nm和1572nm波长下气溶胶的消光系数和后向散射系数的线性经验关系;最后,进行常规双波长交替发射的差分吸收激光雷达CO2探测时,采用1064nm波长的米散射激光雷达连续探测,基于消光系数和后向散射系数的线性经验关系获得on波长和off波长下的消光系数和后向散射系数,结合CO2浓度反演模型获得CO2浓度反演结果。本发明专利技术反演结果更精确,在差分吸收激光雷达探测大气痕量气体领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大气激光雷达
,尤其涉及一种基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO2探测方法
技术介绍
CO2作为温室气体的主要成分,被广泛认为对全球气候有重要的影响。而目前CO2的监测浓度,同各种模式反演得到的结果有较大的差异,这表明存在一些未知的碳汇机制。因此高精度的获取大气CO2浓度变化,进而进行区域性CO2源、汇的研究,从而应对日益增长的碳排放压力问题,具有重要意义。差分吸收激光雷达在探测大气CO2浓度方面具有其独有的优势,是观测其垂直廓线分布的理想探测设备。地基差分吸收激光雷达更能获取对流层内的高精度CO2浓度分布情况,而对流层内是人类活动和碳源、碳汇发生的主要区域,其探测结果更具有应用价值。差分吸收激光雷达主要是发射两束波长稍有差别的激光束,一束激光被CO2分子强吸收,称为on波长激光;另一束激光被CO2分子弱吸收,称为off波长激光,通过测量随高度变化的大气CO2吸收的变化来反演CO2浓度分布。经典的激光雷达方程为:P(r,λ)=12P0Aηcr-2β(r,λ)exp{-2∫0r[α(r,λ)+Ng(r)σ(λ)]dr
基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO2探测方法

【技术保护点】
一种基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO2探测方法,其特征是,包括:步骤1,考虑气溶胶扰动的影响,提出基于气溶胶扰动校正的CO2浓度反演模型:Nco2(r)=1∫r1r2[σCO2(λon,r)-σCO2(λoff,r)]dr[12ΔrlnP(r2,λoff)P(r1,λon)P(r2,λon)P(r1,λoff)+12Δrlnβ(r2,λon)β(r1,λoff)β(r2,λoff)β(r1,λon)+∫r1r2[α(r,λoff)-α(r,λon))]dr]]]>,其中,为CO2在高度r处的浓度;Δr表示大气层厚度,Δr=r2‑r1,r1为较低高度,r2为较高高度,和分别为高度r处on波长和off波长下CO2气体的吸收截面积;α(r,λon)和α(r,λoff)分别为高度r处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶的消光系数;β(r1,λon)和β(r1,λoff)分别为高度r1处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶的后向散射系数;β(r2,λon)和β(r2,λoff)分别为高度r2处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶的后向散射系数;步骤2,进行1064nm波长的米散射激光雷达探测,获得米散射激光雷达在各高度的回波信号强度;同时,将CO2探测差分吸收激光雷达发射波长固定为off波长进行探测,获得1572nm波长米散射激光雷达在各高度的回波信号强度;利用Fernald激光雷达反演法反演气溶胶的消光系数,经线性拟合得两波长下消光系数的线性经验关系;步骤3,结合激光雷达比和步骤2反演的消光系数,获得气溶胶的后向散射系数,经线性拟合得两波长下后向散射系数的线性经验关系;步骤4,进行on和off双波长交替发射的差分吸收激光雷达CO2探测时,采用1064nm波长的米散射激光雷达连续探测,利用Fernald激光雷达反演法反演1064nm波长下气溶胶的消光系数,同时获得对应的后向散射系数;结合消光系数和后向散射系数的线性经验关系,获得1572nm波长下气溶胶的消光系数和后向散射系数,按时刻将1572nm波长下的消光系数和后向散射系数区分为on波长或off波长下的消光系数和后向散射系数;步骤5,将on波长和off波长下的消光系数和后向散射系数带入CO2浓度反演模型,获得CO2浓度反演结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO2探测方法,其特征是,包括:
步骤1,考虑气溶胶扰动的影响,提出基于气溶胶扰动校正的CO2浓度反演模型:
Nco2(r)=1∫r1r2[σCO2(λon,r)-σCO2(λoff,r)]dr[12ΔrlnP(r2,λoff)P(r1,λon)P(r2,λon)P(r1,λoff)+12Δrlnβ(r2,λon)β(r1,λoff)β(r2,λoff)β(r1,λon)+∫r1r2[α(r,λoff)-α(r,λon))]dr]]]>,
其中,为CO2在高度r处的浓度;Δr表示大气层厚度,Δr=r2-r1,r1为较低高度,r2为
较高高度,和分别为高度r处on波长和off波长下CO2气体的
吸收截面积;α(r,λon)和α(r,λoff)分别为高度r处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶
的消光系数;β(r1,λon)和β(r1,λoff)分别为高度r1处采用on波长...

【专利技术属性】
技术研发人员:马昕刘刚龚威朱忠敏韩舸相成志梁艾琳郑玉新张腾
申请(专利权)人:武汉大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

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