基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO₂探测方法

摘要

本发明公开了一种基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO₂探测方法，首先，在CO₂浓度反演模型中考虑了气溶胶扰动影响；其次，进行1064nm和1572nm波长的米散射激光雷达的同时观测，获取1064nm和1572nm波长下气溶胶的消光系数和后向散射系数的线性经验关系；最后，进行常规双波长交替发射的差分吸收激光雷达CO₂探测时，采用1064nm波长的米散射激光雷达连续探测，基于消光系数和后向散射系数的线性经验关系获得on波长和off波长下的消光系数和后向散射系数，结合CO₂浓度反演模型获得CO₂浓度反演结果。本发明反演结果更精确，在差分吸收激光雷达探测大气痕量气体领域具有很好的应用前景。

主权项

一种基于气溶胶扰动校正的差分吸收激光雷达CO₂探测方法，其特征是，包括：步骤1，考虑气溶胶扰动的影响，提出基于气溶胶扰动校正的CO₂浓度反演模型：$N_{{\mathrm{co}}_2}\left(r\right)=\frac{1}{{\int }_{r_1}^{r_2}[{\sigma }_{{\mathrm{CO}}_2}({\lambda }_{on},r)-{\sigma }_{{\mathrm{CO}}_2}({\lambda }_{off},r)]dr}[\frac{1}{2\Delta r}\ln \frac{P(r_2,{\lambda }_{off})P(r_1,{\lambda }_{on})}{P(r_2,{\lambda }_{on})P(r_1,{\lambda }_{off})}+\frac{1}{2\Delta r}\ln \frac{\beta (r_2,{\lambda }_{on})\beta (r_1,{\lambda }_{off})}{\beta (r_2,{\lambda }_{off})\beta (r_1,{\lambda }_{on})}+{\int }_{r_1}^{r_2}[\alpha (r,{\lambda }_{off})-\alpha (r,{\lambda }_{on})\left)\right]dr]$，其中，为CO₂在高度r处的浓度；Δr表示大气层厚度，Δr＝r₂‑r₁，r₁为较低高度，r₂为较高高度，和分别为高度r处on波长和off波长下CO₂气体的吸收截面积；α(r,λ_on)和α(r,λ_off)分别为高度r处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶的消光系数；β(r₁,λ_on)和β(r₁,λ_off)分别为高度r₁处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶的后向散射系数；β(r₂,λ_on)和β(r₂,λ_off)分别为高度r₂处采用on波长和off波长激光雷达时气溶胶的后向散射系数；步骤2，进行1064nm波长的米散射激光雷达探测，获得米散射激光雷达在各高度的回波信号强度；同时，将CO₂探测差分吸收激光雷达发射波长固定为off波长进行探测，获得1572nm波长米散射激光雷达在各高度的回波信号强度；利用Fernald激光雷达反演法反演气溶胶的消光系数，经线性拟合得两波长下消光系数的线性经验关系；步骤3，结合激光雷达比和步骤2反演的消光系数，获得气溶胶的后向散射系数，经线性拟合得两波长下后向散射系数的线性经验关系；步骤4，进行on和off双波长交替发射的差分吸收激光雷达CO₂探测时，采用1064nm波长的米散射激光雷达连续探测，利用Fernald激光雷达反演法反演1064nm波长下气溶胶的消光系数，同时获得对应的后向散射系数；结合消光系数和后向散射系数的线性经验关系，获得1572nm波长下气溶胶的消光系数和后向散射系数，按时刻将1572nm波长下的消光系数和后向散射系数区分为on波长或off波长下的消光系数和后向散射系数；步骤5，将on波长和off波长下的消光系数和后向散射系数带入CO₂浓度反演模型，获得CO₂浓度反演结果。