[发明专利]一种大气颗粒物浓度反演方法及相关组件

说明书

本发明公开了一种大气颗粒物浓度反演方法及相关组件，依据空气污染动力学中的标量守恒方程来确定需要获取的数据，将第一风数据集、第一湿度、第二信噪比数据集、第一能见度及第一湍流强度数据集输入至预先训练好的大气颗粒物浓度反演模型以得到第一预设时长内整层大气的第一大气颗粒物浓度。该方案建立了多普勒测风激光雷达、地面气象站监测数据与整层大气的大气颗粒物浓度之间的强耦合关系，且由于多普勒测风激光雷达可以实时观测测量高度阈范围内的整层大气，因此与现有技术相比，该方案能够获得整层大气的大气颗粒物浓度，响应稳定，准确度高，减少了利用基于激光雷达消光系数的经验模型反演大气颗粒物浓度容易造成的模拟误差，反演精度更高。

技术领域

本发明涉及大气污染监测领域，特别是涉及一种大气颗粒物浓度反演方法及相关组件。

背景技术

随着城市工业化发展，大气污染日益严重，PM10和PM2.5作为影响环境空气质量的主要污染物，越来越受到人们的关注。当大气中颗粒物浓度升高时，环境空气质量会随之恶化，这严重影响了公众健康和城市形象，限制了城市发展。为此，环境监测部门常用地面监测仪器对近地面的大气颗粒物浓度及分布情况进行实时监测，并在城市内部或城市之间组成监测网络。但是地面监测仪器只能获取预设监测区域内的近地面的大气颗粒物浓度情况，却无法反映整层大气中的大气颗粒物浓度，因此，寻找一个能够有效反映整层大气中的大气颗粒物浓度方法是至关重要的。

近年来，随着激光雷达技术的逐渐发展，为大气颗粒物大范围、高频率的探测研究提供了有利工具，该技术可实时观测整层大气，为了解大气颗粒物光学特性在整层大气中的空间分布和时间变化及其环境效应的监测研究提供了可靠的技术手段。

在现有技术中，利用激光雷达无法直接测量大气颗粒物的浓度，通常需要首先利用激光雷达的信噪比计算出消光系数，再利用基于激光雷达消光系数的经验模型反演大气颗粒物浓度。但在实际生活中，大气颗粒物的浓度不仅与激光雷达的消光系数相关，而且受大气中物理和化学因素的影响也很大，但该方法中的基于激光雷达消光系数的经验模型并未考虑到这一点，因此缺少空气污染动力学方面的理论支撑；且目前该经验模型在形式上还停留在线性模型和指数模型上，其中包括较多需要人为设定参数，针对这些参数的确定过程往往存在较大误差，使得利用该经验模型得到的反演结果与地面监测仪器得到的监测结果相差较大，普适性较差，往往无法多次使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气颗粒物浓度反演方法及相关组件，建立了多普勒测风激光雷达、地面气象站测得的数据与整层大气的大气颗粒物浓度之间的强耦合关系，能够获得整层大气的大气颗粒物浓度，响应稳定，准确度高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种大气颗粒物浓度反演方法，应用于多普勒测风激光雷达中的处理器，包括：

获取所述多普勒测风激光雷达在第一预设时长且在测量高度范围内测得的第一风数据集、第一信噪比数据集及第一湿度；

获取地面气象站在第一预设时长内测得的第一能见度；

基于所述第一风数据集及所述多普勒测风激光雷达的预存的风速标准差数据集确定第一湍流强度数据集；

对所述第一信噪比数据集进行预处理后得到第二信噪比数据集；

将所述第一风数据集、所述第二信噪比数据集、所述第一湿度、所述第一能见度及所述第一湍流强度数据集作为输入项输入预先训练好的大气颗粒物浓度反演模型；

确定所述大气颗粒物浓度反演模型的输出项为所述第一预设时长内整层大气的第一大气颗粒物浓度。

优选的，所述第一风数据集包括所述多普勒测风激光雷达的所述测量高度范围内的与各测量返回高度一一对应的第一风向和第一风速；

所述第一信噪比数据集包括与各所述测量返回高度一一对应的第一信噪比A；