[发明专利]反演边界层高度的方法、装置、计算机设备及存储介质

说明书

本发明提供了反演边界层高度的方法、装置、计算机设备及存储介质，涉及高度反演技术领域，用以在不借助其他方法或资料的情况下，仅依靠激光雷达NRB资料，准确判定云层并有效剔除云对反演边界层高度的影响，从而准确反演有云情况下的边界层高度。本发明技术方案为：获取包含标准化的后向散射信号NRB信息的激光雷达资料；根据激光雷达资料的NRB信息找到云层；对云层进行判定，判定云层为边界层云或非边界层云；并针对边界层云和非边界层云分别确定反演边界层高度的上限阈值高度；针对云层，在不同的阈值高度以下，基于激光雷达资料反演对流边界层高度。本发明同时提供了用于实施上述技术方案的装置、计算机设备及存储介质。

技术领域

本发明涉及高度反演技术领域，特别涉及基于高度阈值反演边界层高度的方法。

背景技术

行星边界层(PBL)是对流最底层直接受地表影响的大气层，是地球与大气之间进行物质与能量交换的桥梁，PBL决定了水汽，热量以及污染物垂直湍流混合的厚度。因此，边界层高度在空气质量分析，天气预报及气候预测等方面是一个非常重要的变量。尤其干旱区和半干旱区作为气候变化的敏感区，边界层过程对于气候变化等起着不可替代的作用。诸多研究表明深对流边界层(CBL)中的对流输送和扩散与局地陆面相互作用、天气过程、气候变化以及当地可持续发展战略的选择密切相关。因而，准确反演边界层高度，特别是干旱半干旱区的白天对流边界层高度(CBLH)至关重要。然而，目前边界层高度无法直接探测获得，只能通过使用无线电探空、风廓线雷达、声雷达以及激光雷达等提供的诸如温度廓线、气溶胶廓线等进行反演。

微脉冲激光雷达(MPL)凭借其发射对眼睛无伤害的波束的优点而被广泛地运用于遥感探测中。一般情况下，气溶胶的排放源在近地层，并且受边界层顶的顶盖逆温层限制，边界层内的气溶胶浓度远远高于上层的自由大气。气溶胶的垂直分布被视为反演边界层高度的一个良好示踪物，而激光雷达能够以高的时空分辨率提供对流层底层大气气溶胶的后向散射信号廓线(标准化后为NRB廓线)。近年来，利用激光雷达资料反演边界层高度受到了诸多学者的广泛关注。具体算法包括梯度法(GD)、曲线拟合法(CF)，以及小波协方差变换法包括哈尔小波变化法(H-WCT)和墨西哥帽小波变换法(MH-WCT)等方法。然而，上述方法基于激光雷达资料利用反演边界层高度未必在所有天气条件下都适用。特别地，云的存在会严重干扰边界层高度的反演，导致有云情况下边界层高度的误判，因为云层造成的后向散射信号的递减和边界层顶处气溶胶浓度衰减造成的后向散射信号的递减极为相似。当云覆盖在边界层顶处时，边界层高度和云的上边界一致，能够通过探测云的上边界获得边界层的厚度。然而，如果云层位于边界层以上的自由大气，则边界层高度和云高完全不同，应该在云底以下进行边界层高度的反演。因而，对于有云情况下白天对流边界层高度(CBLH)的反演，必须考虑云的影响。