[发明专利]基于多种地基遥感技术获取城市气溶胶复折射指数的方法

说明书

技术领域

本发明涉气溶胶光学探测技术领域，尤其是一种基于多种地基遥感技术（拉曼激光雷达、太阳光度计、粒谱仪）获取城市气溶胶复折射指数的方法。

背景技术

城市环境是大城市经济社会可持续发展的重要因素，对城市上空的大气环境质量的监测与分析关着城市人民的生活健康。大气气溶胶虽然含量很少，但对气候变化有重要的直接和间接的影响，是城市气候变化模拟和环境遥感监测中的重要因子。大气气溶胶复折射指数是表现气溶胶光学特性的重要参数，由气溶胶的化学成分、粒谱分布等决定，是地物遥感大气订正及气溶胶气候效应研究方面的重要指标。大气气溶胶粒子的复折射指数由实部和虚部两部分构成，表达为m=n_r-n_ii。其中折射率实部主要与光散射有关，而折射率虚部主要与光吸收有关，是大气气溶胶在辐射和气候效应中的作用是加热还是冷却的决定因子。因此，探索测量气溶胶粒子复折射对理解气溶胶对大气的辐射影响具有重要的意义。目前复折射指数的测量方法主要有干气溶胶化学组成摩尔分数核算法，滤膜取样方法，单颗粒分析法等，但这几种方法误差较大；光声方法测量灵敏度高，但对设备和技术的要求较高，操作复杂。拉曼激光雷达可以摆脱传统激光雷达需要假设散射消光比的束缚，不仅能较好的反演气溶胶的空间分布，还能同时获取气溶胶消光系数，散射系数以及准确的散射消光比，具有快速、高效、连续的特点；太阳光度计可以测量出大气整层气溶胶的光学厚度，并用以校正雷达测量结果，提高雷达反演结果精确度；粒谱仪可以提供气溶胶在一定粒径范围内的粒谱分布，这是米散射模型计算所需要的又一重要的计算参数。上述三种遥感技术在大气气溶胶探测领域均运用广泛，反演技术也较为成熟。因此，如何有效分析这几种地基遥感仪器测量结果之间的协同性，综合利用地基遥感测量数据，并结合米散射模型理论，有效获取城市气溶胶光学特性，尤其是气溶胶复折射指数一直是大气探测分析领域的研究重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多种地基遥感探测技术获取城市气溶胶复折射指数的方法，以解决传统方法的误差大、操作复杂，不能较好地获得所需信息的问题。

本发明采用的技术方案是：

本发明的目的是提供一种基于多种地基遥感探测技术（拉曼激光雷达、太阳光度计和粒谱仪）获取城市气溶胶复折射指数，其特征在于：首先利用拉曼激光雷达回波信号经过算法反演后，获得气溶胶消光系数和散射消光比，并对一定路径的消光系数进行积分，获得该路径上的气溶胶光学厚度；根据蒙特卡罗原则，利用太阳光度计所获的大气整层气溶胶光学厚度与激光雷达获取的气溶胶光学厚度进行迭代比对，不断修正消光系数和散射消光比；然后通过粒谱仪获取气溶胶粒谱；利用气溶胶消光散射比和气溶胶粒谱分布，根据米散射模型，获得基于米散射模型的气溶胶消光系数和散射消光比，将计算获得的结果与实际测量结果进行比对，最后获得城市气溶胶实际复折射指数，具体算法步骤为：

（1）单波长氮拉曼散射激光雷达的回波方程以表示为：