[发明专利]测量大气边界层高度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，尤其涉及一种测量大气边界层高度的方法，可广泛应用于天气预报、环境保护、航空安全等相关行业。

背景技术

在污染事件中，人类赖以生存的大气边界层往往是大气中污染最为严重的部分，此现象在城市及工业区更为严重。预测空气污染事件的发生，了解空气污染事件的机理，就需对大气边界层内的物理化学过程进行研究，而大气边界层高度的确定在这一过程中占据了重要的地位。

无线电探空观测是确定大气边界层高度的传统方法。然而我国气球探空站点每日两次的常规探空观测(08时，20时北京标准时间)并不能够很好的捕捉到一天中不同状况下大气边界层高度的变化特征，探空观测数据的垂直分辨率也影响了大气边界层高度判定的精度，并且探空器一次性使用的特征也造成利用探空的方式确定大气边界层高度的方式成本高昂。

近年来激光雷达以其较高的垂直及时间分辨率在大气边界层研究中得到了广泛的应用。科学家们在激光雷达反演大气边界层高度的算法研究中发现激光雷达反演大气边界层高度算法的适用性会因研究区特点及雷达本身特性而存在差异。

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现目前激光雷达反演大气边界层高度方法并不能够很好地适应气溶胶浓度较高，大气边界层结构复杂的环境，测量获得的大气边界层高度值误差较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种测量大气边界层高度的方法。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种测量大气边界层高度的方法。该方法包括：步骤A，由激光雷达向空中发射脉冲激光，接收经过大气散射与吸收后的回波信号；步骤B，以预设的采样频率对所述回波信号的强度进行采样，得到不同随散射目标高度对应的回波信号强度，其中，散射目标高度通过回波信号采集时间与脉冲激光发射时间的时间差计算；步骤C，对每一回波信号强度进行订正，得到距离订正回波信号；步骤D，由多个距离订正回波信号，按照以下公式计算大气边界层的高度：其中，RSCS为其中之一的距离订正回波信号，R为该回波信号对应的散射目标高度。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明测量大气边界层高度的方法具有以下有益效果：

(1)采用基于重力波理论的原创算法——重力波梯度法获取大气边界层高度，直接将气溶胶在重力波作用下的垂直分布引入到算法理论中，更适用于高气溶胶浓度的环境，所获得的大气边界层高度更加准确；

(2)双波长相互配合可有效地剔除云对计算结果的干扰；

(3)集合计算方式确定最终某时刻的大气边界层高度，提高计算精度。

附图说明

图1根据本发明第一实施例测量大气边界层高度方法的流程图；

图2为图1所示方法中激光雷达信号发射与回波信号接收步骤的示意图；

图3为图1所示方法中对回波信号进行订正的流程图；

图4回波信号强度概念图；

图5为双波长(532nm、1064nm)距离订正回波信号随高度变化曲线；

图6根据本发明第三实施例测量大气边界层高度方法的流程图；

图7A至图7D为在2008年7月使用现有国际通用的三种方法与本实施例方法获取的大气边界层高度数据的偏差频次分布图，其中，图7A为采用简单一阶梯度法；图7B为采用对数梯度法；图7C为采用正态化梯度法；图7D为采用本实施例方法；

图8A至图8D为2008年7-9月使用现有国际通用的三种方法与本实施例方法获取的大气边界层高度数据，与探空计算大气边界层高度的对比。其中，图8A为采用简单一阶梯度法；图8B为采用对数梯度法；图8C为采用正态化梯度法，图8D为采用本实施例方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。

本发明提出了一个基于重力波理论通过双波长偏振激光雷达测量大气边界层高度的方法，该方法包括：发射并接收激光雷达回波信号；从接收到激光雷达光学信号中提取距离订正回波信号，再经由滤云处理后通过基于重力波理论的重力波梯度法，最后经过计算结果质控与集合分析实现对大气边界层高度的测量。