一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法、系统及设备。该方法包括：利用DDA算法计算沙尘气溶胶的光学特性参数；基于所述光学特性参数计算核函数；对偏振激光雷达探测大气中的沙尘气溶胶的回波信号进行反演，得到沙尘气溶胶光学数据；基于所述核函数和所述光学数据构建沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数；根据所述沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数确定大气中的沙尘气溶胶粒子谱分布；利用粒径谱仪对近地面沙尘气溶胶进行探测，得到近地面沙尘气溶胶粒子谱分布。本发明专利技术能够解决非球形气溶胶粒子谱分布计算不准确的问题。粒子谱分布计算不准确的问题。粒子谱分布计算不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及气溶胶浓度分析
，特别涉及一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]气溶胶是大气环境的重要组成部分，沙尘气溶胶等颗粒物的分布情况反映了大气的环境质量，大气环境质量直接影响到人类身体健康。人们目前对沙尘气溶胶的粒子分布进行监测和计算时存在很大误差。首先在计算的时候，通常将气溶胶粒子形状假设为球形。实际大气中的气溶胶粒子往往形态各异，例如沙尘气溶胶粒子是典型的非球形形态。因此计算非球形气溶胶粒子的粒子谱分布时，仍采用球形理论会造成计算不准确，影响气溶胶粒子谱分布计算准确性。如何解决非球形气溶胶粒子谱分布计算问题是当前的关键问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法、系统及设备，以解决非球形气溶胶粒子谱分布计算不准确的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法，包括：
[0006]利用DDA算法计算沙尘气溶胶的光学特性参数；所述光学特性参数包括：消光效率因子、吸收效率因子和散射效率因子；
[0007]基于所述光学特性参数计算核函数；
[0008]对偏振激光雷达探测大气中的沙尘气溶胶的回波信号进行反演，得到沙尘气溶胶光学数据；所述光学数据包括消光系数和后散射系数；
[0009]基于所述核函数和所述光学数据构建沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数；<br/>[0010]根据所述沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数确定确定大气中的沙尘气溶胶粒子谱分布；
[0011]利用粒径谱仪对近地面沙尘气溶胶进行探测，得到近地面沙尘气溶胶粒子谱分布。
[0012]可选地，利用DDA算法计算沙尘气溶胶的光学特性参数，具体包括：
[0013]基于DDA算法，将光学特性截面与等几何体截面之比定义为光学特性参数；
[0014][0015]其中，Q
ext
表示消光效率因子，Q
abs
表示吸收效率因子，Q
sca
表示散射效率因子，C
ext
消光截面，C
abs
表示吸收截面，C
sca
表示散射截面，r表示气溶胶粒子半径。
[0016]可选地，所述核函数的计算公式如下：
[0017][0018]其中，K表示核函数，Q表示光学特性参数。
[0019]可选地，基于所述核函数和所述光学数据构建气溶胶粒子谱分布反演函数，具体包括：
[0020]利用混合优化算法求解最优拉格朗日乘子；所述混合优化算法包括粒子群算法和遗传算法；
[0021]基于所述最优拉格朗日乘子和所述核函数确定权重因子；
[0022]基于所述光学数据和所述权重因子构建沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数。
[0023]可选地，所述沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数的表达式如下：
[0024][0025]其中，g表示沙尘气溶胶光学数据，W表示权重因子，f(r)表示沙尘气溶胶粒子谱分布函数，r表示气溶胶粒子半径。
[0026]可选地，还包括：
[0027]计算偏振激光雷达探测大气中的沙尘气溶胶的回波信号的退偏振比；
[0028]根据所述退偏振比确定沙尘气溶胶为非球形形态。
[0029]本专利技术还提供了一种非球形气溶胶浓度谱探测分析系统，包括：
[0030]光学特性参数计算模块，用于利用DDA算法计算沙尘气溶胶的光学特性参数；所述光学特性参数包括：消光效率因子、吸收效率因子和散射效率因子；
[0031]核函数计算模块，用于基于所述光学特性参数计算核函数；
[0032]沙尘气溶胶光学数据计算模块，用于对偏振激光雷达探测大气中的沙尘气溶胶的回波信号进行反演，得到沙尘气溶胶光学数据；所述光学数据包括消光系数和后散射系数；
[0033]沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数构建模块，用于基于所述核函数和所述光学数据构建沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数；
[0034]沙尘气溶胶粒子谱分布确定模块，用于根据所述沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数确定确定大气中的沙尘气溶胶粒子谱分布；
[0035]近地面沙尘气溶胶粒子谱分布确定模块，用于利用粒径谱仪对近地面沙尘气溶胶进行探测，得到近地面沙尘气溶胶粒子谱分布。
[0036]本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备上述的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法。
[0037]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法。
[0038]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0039](1)由于沙尘气溶胶是非球形粒子，利用DDA算法解决沙尘气溶胶当做球形气溶胶计算的问题；
[0040](2)利用优化算法解决拉格朗日乘子计算效率低的问题；
[0041](3)利用粒径谱仪对近地面沙尘气溶胶进行探测，补充近地面数浓度谱数据缺失的问题，实现沙尘气溶胶在垂直方向上数量关系的监测，达到保护大气环境、监控环境污染的目的。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术实施例一提供的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法的流程图；
[0044]图2为本专利技术实施例一提供的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法的详细流程图；
[0045]图3为采用混合优化算法求解拉格朗日乘子的流程图；
[0046]图4为确定初始种群数量的示意图；
[0047]图5为确定交叉概率的示意图；
[0048]图6为确定变异概率的示意图；
[0049]图7为退偏振比验证沙尘粒子非球形特性的示意图；
[0050]图8为不同时间大气和地面沙尘气溶胶粒子谱分布示意图。
具体实施方式
[0051]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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，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。
[0052]本专利技术的目的是提供一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法、系统及设备，以解决非球形气溶胶粒子谱分布计算不准确的问题。
[0053]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0054本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非球形气溶胶浓度谱探测分析方法，其特征在于，包括：利用DDA算法计算沙尘气溶胶的光学特性参数；所述光学特性参数包括：消光效率因子、吸收效率因子和散射效率因子；基于所述光学特性参数计算核函数；对偏振激光雷达探测大气中的沙尘气溶胶的回波信号进行反演，得到沙尘气溶胶光学数据；所述光学数据包括消光系数和后散射系数；基于所述核函数和所述光学数据构建沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数；根据所述沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数确定大气中的沙尘气溶胶粒子谱分布；利用粒径谱仪对近地面沙尘气溶胶进行探测，得到近地面沙尘气溶胶粒子谱分布。2.根据权利要求1所述的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法，其特征在于，利用DDA算法计算沙尘气溶胶的光学特性参数，具体包括：基于DDA算法，将光学特性截面与等几何体截面之比定义为光学特性参数；其中，Q
ext
表示消光效率因子，Q
abs
表示吸收效率因子，Q
sca
表示散射效率因子，C
ext
消光截面，C
abs
表示吸收截面，C
sca
表示散射截面，r表示气溶胶粒子半径。3.根据权利要求1所述的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法，其特征在于，所述核函数的计算公式如下：其中，K表示核函数，Q表示光学特性参数。4.根据权利要求1所述的非球形气溶胶浓度谱探测分析方法，其特征在于，基于所述核函数和所述光学数据构建气溶胶粒子谱分布反演函数，具体包括：利用混合优化算法求解最优拉格朗日乘子；所述混合优化算法包括粒子群算法和遗传算法；基于所述最优拉格朗日乘子和所述核函数确定权重因子；基于所述光学数据和所述权重因子构建沙尘气溶胶粒子谱分布反演函数。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔泽，赵虎，
申请(专利权)人：乔泽，
类型：发明
国别省市：