一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法及系统，其中方法包括以下步骤：采用激光雷达和太阳光度计分别进行气溶胶光学特性测量，获得激光雷达数据和太阳光度计数据；根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度，并采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布，计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数；根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数；将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到的消光系数比对，符合则基于低层大气气溶胶粒子谱分布计算各波长的消光系数，实现消光系数的波段转换。本发明专利技术结合激光雷达和太阳光度计的测量数据，实现消光系数的波段转换，通过数据对比减小了误差。

【技术实现步骤摘要】
一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法及系统
本专利技术涉及大气光学
，尤其涉及一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法及系统。
技术介绍
雾霾是一种常见的天气现象，它是由于空气中含有的颗粒物、氮氧化物的总量超过正常水平，造成空气浑浊，能见度度降低。雾霾对大气的影响和它的气溶胶粒子分布具有直接关系。对于雾霾天气来说，不管是空气中的小粒子浓度还是大粒子浓度都比正常天气大的多。相比较雾天气，霾天气中的气溶胶小粒子大于雾天气中气溶胶小粒子浓度，而霾天气中气溶胶大粒子浓度远小于雾天气中气溶胶大粒子浓度。雾霾天气时大气消光系数可采用设备进行测量，例如典型测量设备有激光雷达，它获取的激光后向散射可用来计算大气消光系数。但面临的问题是此时获取的大气消光系数与激光雷达的波长相关，并不能直接获取其它波段的大气消光系数。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中获取的大气消光系数与激光雷达的波长相关的缺陷，提供一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法及系统。为了解决上述技术问题，本专利技术第一方面，提供了一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，该方法包括：采用激光雷达和太阳光度计分别进行气溶胶光学特性测量，获得激光雷达数据和太阳光度计数据；根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度，并采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布，计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数；根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数；将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到的消光系数比对，符合则基于低层大气的气溶胶粒子谱分布计算各波长的消光系数，实现消光系数的波段转换。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，所述根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度的步骤具体为：基于均匀平行球面大气假定将大气分为两层，第一层为低层大气，第二层为上层大气，太阳光线通过第一层大气路径和第二层大气路径随太阳天顶角发生变化；采用多个太阳天顶角下的数据通过多元线性回归方法计算得到这两层的大气路径长度；基于所述大气路径长度分别计算获得低层大气和上层大气的光学厚度。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，所述根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数的步骤具体为：根据测量的激光雷达数据利用激光雷达数据反演软件获得不同探测距离处的消光系数；利用不同探测距离处的消光系数计算低层大气对应的消光系数。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，所述采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布的步骤具体为：将气溶胶假定为球体，采用米氏原理建立不同尺度的单粒子光学特性数据库；建立低层大气的光学厚度与气溶胶粒子谱分布的联系，反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，所述建立低层大气的光学厚度与气溶胶粒子谱分布的联系，反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布的步骤具体为：通过以下公式，建立光学厚度τ与气溶胶粒子谱分布n(r)之间的联系，采用Junge谱分布对气溶胶谱粒子分布进行描述，反演Junge谱分布参数：其中，σ(λ)为消光系数，r为气溶胶粒子半径，λ为波长，Qe为消光效率因子，z为大气高度。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，所述计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数的步骤具体为：基于获得的Junge谱分布以及建立的单粒子光学特性数据库，根据消光系数计算公式，计算与激光雷达的发射激光波长相一致波长的消光系数。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，所述基于低层大气气溶胶粒子谱分布计算各波长的消光系数的步骤具体为：基于Junge谱分布以及建立的单粒子光学特性数据库，根据消光系数计算公式，计算各波段的消光系数，实现消光系数的波段转换。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法中，优选地，将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到的消光系数比对，不符合则判定为无效数据。本专利技术第二方面，提供了一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换系统，包括：数据获取单元，用于获取采用激光雷达和太阳光度计进行气溶胶光学特性测量的激光雷达数据和太阳光度计数据；第一数据处理单元，用于根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度，并采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布，计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数；第二数据处理单元，用于根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数；波段转换单元，将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到的消光系数比对，符合则基于低层大气的气溶胶粒子谱分布计算各波长的消光系数，实现消光系数的波段转换。在根据本专利技术所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换系统中，优选地，第一数据处理单元根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度的步骤具体为：基于均匀平行球面大气假定将大气分为两层，第一层为低层大气，第二层为上层大气，太阳光线通过第一层大气路径和第二层大气路径随太阳天顶角发生变化，采用多个太阳天顶角下的数据通过多元线性回归方法计算得到这两层的大气路径长度；基于所述大气路径长度分别计算获得低层大气和上层大气的光学厚度。实施本专利技术的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法及系统，具有以下有益效果：本专利技术结合激光雷达和太阳光度计的测量数据，通过对气溶胶粒子谱分布的反演，最终实现消光系数的波段转换，其中与激光雷达反演获得的消光系数进行对比，减小误差。附图说明图1为根据本专利技术第一实施例的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法的流程图；图2为根据本专利技术第二实施例的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法的流程图；图3为根据本专利技术优选实施例的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换系统的模块框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出了一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，该方法通过激光雷达和太阳光度计的测量数据实现除了激光雷达发射波长之外的其它波长处的大气消光计算。请参阅图1，为根据本专利技术第一实施例的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法的流程图。如图1所示，该实施例提供轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法包括以下步骤：首先，在步骤S101中，执行数据获取步骤，在出现雾霾天气时，采用激光雷达和太阳光度计分别进行气溶胶光学特性测量，获得激光雷达数据和太阳光度计数据。随后，在步骤S102中，执行第一数据处理步骤，根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度，并采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布，计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数。随后，在步骤S103中，执行第二数据处理步骤，根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数。最后，在步骤S104中，将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，其特征在于，该方法包括：采用激光雷达和太阳光度计分别进行气溶胶光学特性测量，获得激光雷达数据和太阳光度计数据；根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度，并采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布，计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数；根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数；将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到的消光系数比对，符合则基于低层大气的气溶胶粒子谱分布计算各波长的消光系数，实现消光系数的波段转换。

【技术特征摘要】
1.一种轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，其特征在于，该方法包括：采用激光雷达和太阳光度计分别进行气溶胶光学特性测量，获得激光雷达数据和太阳光度计数据；根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度，并采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布，计算与激光雷达的发射激光波长相一致时的消光系数；根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数；将根据太阳光度计数据计算的消光系数与根据激光雷达数据计算得到的消光系数比对，符合则基于低层大气的气溶胶粒子谱分布计算各波长的消光系数，实现消光系数的波段转换。2.根据权利要求1所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，其特征在于，所述根据所述太阳光度计数据反演获得大气光学厚度的步骤具体为：基于均匀平行球面大气假定将大气分为两层，第一层为低层大气，第二层为上层大气，太阳光线通过第一层大气路径和第二层大气路径随太阳天顶角发生变化；采用多个太阳天顶角下的数据通过多元线性回归方法计算得到这两层的大气路径长度；基于所述大气路径长度分别计算获得低层大气和上层大气的光学厚度。3.根据权利要求1所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，其特征在于，所述根据所述激光雷达数据计算低层大气对应的消光系数的步骤具体为：根据测量的激光雷达数据利用激光雷达数据反演软件获得不同探测距离处的消光系数；利用不同探测距离处的消光系数计算低层大气对应的消光系数。4.根据权利要求1～3中任一项所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，其特征在于，所述采用消光法反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布的步骤具体为：将气溶胶假定为球体，采用米氏原理建立不同尺度的单粒子光学特性数据库；建立低层大气的光学厚度与气溶胶粒子谱分布的联系，反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布。5.根据权利要求4所述的轻度雾霾时大气消光系数的波段转换方法，其特征在于，所述建立低层大气的光学厚度与气溶胶粒子谱分布的联系，反演获得低层大气的气溶胶粒子谱分布的步骤具体为：通过以下公式，建立光学厚度τ与气溶胶粒子谱分布n(r)之间的联系，采用Junge谱分布对气溶胶谱粒子分布进行描述，反演Junge谱分布参数：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴润，李霞，朱希娟，刘浩，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11