一种气溶胶三维空间分布制图方法技术

本发明专利技术公开了一种气溶胶三维空间分布制图方法，包括以下步骤：首先基于卫星激光雷达观测反演气溶胶消光系数垂直廓线，计算长时间序列月平均气溶胶三维空间分布地图，得到基于观测的气候学的、和基于模式的气候学的、月平均的气溶胶消光系数三维空间分布地图，计算得到基于观测与基于模式的比值三维空间分布地图；再得到观测约束后的、逐小时的气溶胶三维空间分布现势地图，并将其融合地基米散射激光雷与星载激光雷达观测的数据；再获得逐小时的气溶胶光学厚度空间分布现势地图；最后得到协同卫星和地面主被动遥感观测及模式结果的气溶胶三维空间分布现势地图。本发明专利技术通过星地主被动遥感观测及模式结果的协同融合，提供了更为可靠的气溶胶三维空间分布信息。

【技术实现步骤摘要】
一种气溶胶三维空间分布制图方法
本专利技术属于大气环境遥感应用
，具体涉及一种兼顾观测和模式优势的气溶胶三维空间分布制图方法。
技术介绍
大气气溶胶是指直径在0.001-100μm之间，由混合大气中的固体、液体颗粒物和大气介质组成的体系。主要有两种来源：一种是自然来源，包括沙尘粒子，火山爆发等；另一种是人为来源，包括汽车尾气排放，生物质燃烧等。气溶胶不仅会通过影响云的变化来影响气候，本身也是城市主要大气污染物之一，其研究一直是难点和热点问题。现有的气溶胶观测技术主要包括以下几类：地基米散射激光雷达：激光雷达采用激光作为辐射源，通过对与大气相互作用的激光回波信号进行探测，进而实现对大气参数的探测。米散射是指：粒子尺度接近或大于入射光波长时，其散射的光强在各方向是不对称的，其中大部分入射光线沿着前进方向进行散射；本专利技术所使用的米散射激光雷达系统可以实现对大气气溶胶的消光系数和后向散射系数的探测，通常由光学接受系统、激光发射系统和信号检测系统组成，米散射激光雷达可以实现对对流层的中下层大气气溶胶的白天测量。地基激光雷达具有测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)基于星载激光雷达，通过混合消光检索算法检索并反演气溶胶消光系数廓线，采用时空地理加权回归模型获得长时间序列月平均气溶胶三维空间分布地图；/n(2)采用气象模式和化学模式相结合的区域空气质量模式，采用单层区域拟合方案，得到基于模式模拟的气候学的、月平均的气溶胶消光系数三维空间分布地图；/n(3)采用步骤(1)和(2)得到的结果，进行时间与空间匹配，计算得到基于观测与基于模式的比值三维空间分布地图；/n(4)采用气象模式和化学模式相结合的区域空气质量模式，采用单层区域拟合方案，得到基于模式的、逐小时的气溶胶消光系数三维空间分布...

【技术特征摘要】
1.一种气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)基于星载激光雷达，通过混合消光检索算法检索并反演气溶胶消光系数廓线，采用时空地理加权回归模型获得长时间序列月平均气溶胶三维空间分布地图；
(2)采用气象模式和化学模式相结合的区域空气质量模式，采用单层区域拟合方案，得到基于模式模拟的气候学的、月平均的气溶胶消光系数三维空间分布地图；
(3)采用步骤(1)和(2)得到的结果，进行时间与空间匹配，计算得到基于观测与基于模式的比值三维空间分布地图；
(4)采用气象模式和化学模式相结合的区域空气质量模式，采用单层区域拟合方案，得到基于模式的、逐小时的气溶胶消光系数三维空间分布地图；
(5)采用步骤(3)的结果，将步骤(4)的结果更新为观测约束后的、逐小时的气溶胶三维空间分布现势地图；
(6)采用地基米散射激光雷达观测站的现势数据，基于Fernald算法，反演激光雷达方程，得到逐小时的气溶胶消光系数垂直廓线；
(7)采用步骤(6)的结果对步骤(5)的结果进行校正，得到融合地基米散射激光雷与星载激光雷达观测和模式结果的、逐小时的气溶胶三维空间分布现势地图；
(8)利用搭载在地球静止卫星上的多光谱成像光谱仪，反演融合后，获得逐小时的气溶胶光学厚度空间分布现势地图；
(9)首先得到总的气溶胶光学厚度，然后对其进行校正，得到协同卫星和地面主被动遥感观测及模式结果的气溶胶三维空间分布现势地图。


2.根据权利要求1所述的协同卫星地面观测与模式的气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：所述步骤(1)中，星载激光雷达为搭载在CALIPSO卫星上的激光雷达，气溶胶消光系数是指评估光波在大气中传播时受气溶胶散射和吸收而出现削弱的情况的指数；所述混合消光检索算法由顶层算法和配置文件求解器两部分组成，顶层算法根据要处理的大气要素的性质和空间范围来选择分析路径，处理顺序和分析参数，配置文件求解器通过由顶层算法定义的大气场景指定部分中获取颗粒物消光系数和后向散射系数的分布图，最后以网格为单元，对每个单元的气溶胶消光系数廓线求每个月的平均值，得到基于观测的气候学的、月平均的气溶胶三维空间分布地图。


3.根据权利要求1所述的协同卫星地面观测与模式的气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：所述步骤(2)中，区域空气质量模式指结合化学的天气研究和预报模型，通过进行长期的历史情景模拟，得到基于模式的气候学的、月平均的气溶胶消光系数三维空间分布地图。


4.根据权利要求1所述的协同卫星地面观测与模式的气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将步骤(1)和(2)得到的分布地图做比值。


5.根据权利要求1所述的协同卫星地面观测与模式的气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：所述步骤(4)中，通过进行现势场景模拟，得到基于模式的、逐小时的气溶胶消光系数三维空间分布地图。


6.根据权利要求1所述的协同卫星地面观测与模式的气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：所述步骤(5)中，采用步骤(3)的结果对步骤(4)的结果进行观测约束。


7.根据权利要求1所述的协同卫星地面观测与模式的气溶胶三维空间分布制图方法，其特征在于：所述步骤(6)中，采用地基米散射激光雷达观测站的现势数据，采用Fernald算法反演激光雷达信号，Fernald方法考虑了气溶胶和空气分子，激光雷达方程因此表示为：



其中，P(r)是激光雷达接收到高度r处的大气后向散射回波功率，E是激光雷达发射的能量，C代表激光雷达系统常数，β(r)和σ(r)分别是在高度r处的大气总后向散射系数和消光...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦凯，何秦，张亦舒，杜娟，周文远，李丁，薛勇，周熙然，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32