[发明专利]一种双波长粒子谱反演方法

说明书

本发明涉及粒子谱反演，具体涉及一种双波长粒子谱反演方法，读取双波长激光雷达的原始数据，对波长数据进行预处理后，检验波长数据是否有效，若波长数据无效，则舍弃无效波长数据，并返回S1，否则对波长数据进行消光系数反演，计算消光系数比值，并在数据库中查找对应波长内消光系数比值的气溶胶有效直径，若波长内消光系数比值在数据库中不可查，则舍弃并返回S1，否则输出对应的气溶胶有效直径，通过气溶胶模型进行修正，修正后输出粒子谱，完成反演；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的硬件设备结构复杂、计算量大的缺陷。

技术领域

本发明涉及粒子谱反演，具体涉及一种双波长粒子谱反演方法。

背景技术

气溶胶粒子的谱分布，是指对应于不同半径气溶胶粒子浓度的分布。研究气溶胶粒子谱可以更好地揭示颗粒物浓度、雾霾成因、粒径谱分布等，对于大气污染治理和气候成因变化有重要的科研作用。目前，主要采集气溶胶粒径谱仪进行探测，但是这种设备只能探测单点的值，若要探测区域范围内的气溶胶粒子谱分布，就需要使用多台设备进行探测。激光雷达作为一种主动遥感设备，可以对空间范围内的气溶胶进行探测，但是气溶胶粒子谱的反演是一大难题。

现有技术中，有通过三波长(355nm、532nm、1064nm)来反演粒子谱分布，硬件设备的结构复杂，成本较高，并且通过GCV正则化计算反演，计算复杂，计算量大。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种双波长粒子谱反演方法，能够有效克服现有技术所存在的硬件设备结构复杂、计算量大的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种双波长粒子谱反演方法，包括以下步骤：

S1、读取双波长激光雷达的原始数据，对波长数据进行预处理后，检验波长数据是否有效；

S2、若波长数据无效，则舍弃无效波长数据，并返回S1，否则对波长数据进行消光系数反演；

S3、计算消光系数比值，并在数据库中查找对应波长内消光系数比值的气溶胶有效直径；

S4、若波长内消光系数比值在数据库中不可查，则舍弃并返回S1，否则输出对应的气溶胶有效直径；

S5、通过气溶胶模型进行修正，修正后输出粒子谱，完成反演。

优选地，S1中所述对波长数据进行预处理，包括：

将截取原始数据中最后一段数据的平均值作为背景值，利用数据序列减去背景值对波长数据进行扣除背景；

通过手动修正原始数据中近地面段数据，对波长数据进行几何因子修正。

优选地，S2中所述对波长数据进行消光系数反演，包括：

求解米散射激光雷达方程，通过假设激光雷达比，用Fernald方法计算得到消光系数。

优选地，所述米散射激光雷达方程如下：

式中，P(r)为激光雷达接收的高度r处的大气后向散射回波功率，P_t为激光雷达发射的激光功率，k为激光雷达系统常数，β_m(r)为空气分子的后向散射系数，β_a(r)为大气气溶胶的后向散射系数，α_m(r’)为空气分子的消光系数，α_a(r’)为大气气溶胶的消光系数；

大气气溶胶消光系数通过下式计算得到：