基于不动点原理的大气气溶胶消光系数边界值确定方法

提出了一种基于不动点原理的大气气溶胶消光系数边界值确定方法,其核心思想是将确定大气气溶胶消光系数边界值的问题转化为求解函数不动点。首先建立大气消光系数边界值与大气光学厚度和激光雷达回波信号之间的函数关系;其次依据函数不动点存在性和唯一性的条件估计不动点的存在,通过不动点迭代求得大气消光系数边界值,并由此值来确定大气气溶胶消光系数边界值。将本方法应用于实际激光雷达回波信号的反演中,得到低层大气气溶胶消光系数垂直廓线,并与在对流层顶使用洁净层法确定边界值所得的结果进行了对比。结果表明,利用本方法确定边界值,可以较为准确地反演出低层大气气溶胶消光系数。本方法可以预先估计不动点的存在区间、合理选取迭代初始值,具有收敛速度快、迭代次数少的优点,实际应用价值较强。     

MPL反演南京北郊气溶胶光学厚度准确度的研究

微脉冲激光雷达是探测气溶胶的有效工具。为了验证探测的准确度,对一台微脉冲激光雷达观测数据采用Fernald算法进行反演,得到了南京北郊上空的气溶胶光学厚度,并将反演结果同太阳光度计观测数据、喇曼-瑞利-米雷达观测数据和中分辨率成像光谱仪的标准气溶胶产品进行了比较。结果表明,它们之间具有一定相关性。微脉冲激光雷达是反演气溶胶光学厚度的有效手段,可以用于其它观测手段的地面验证。     

拉曼散射激光雷达反演平流层气溶胶消光系数廓线

介绍了位于南京北郊的拉曼散射激光雷达的基本结构,描述了使用拉曼散射激光雷达反演平流层大气气溶胶消光系数廓线的数据处理方法。重点研究了南京北郊2011-12-08与2011-12-09晚间平流层气溶胶观测数据,对拉曼散射激光雷达距离矫正信号进行4种不同阈值的小波去噪,选择出合适的阈值,然后利用反演原理公式,得到平流层大气气溶胶消光系数廓线,分析了平流层大气气溶胶消光系数的变化特征。     

米-拉曼散射激光雷达反演对流层气溶胶消光系数廓线

介绍了基于米-拉曼散射激光雷达的南京北郊大气气溶胶观测实验,采用小波分析中的软硬阈值方式处理拉曼散射激光雷达回波信号,选取不同的阈值和不同的小波函数处理拉曼散射激光雷达回波信号,得到了平滑的拉曼散射激光雷达信号。根据拉曼散射激光雷达原理反演对流层高空大气气溶胶消光系数廓线,借助弗纳尔德方法并利用米散射激光雷达气溶胶观测数据,反演得到对流层低空大气气溶胶消光系数廓线。实验观测系统中有瑞利、米散射和拉曼散射3个接收通道,重点研究了米散射和拉曼散射通道接收到的观测数据,对南京北郊2011-12-08晚间拉曼散射激光雷达的气溶胶观测数据进行4种不同阈值处理。选择合适的阈值对实验观测数据进行去噪,然后利用反演原理公式并结合距离矫正信号对观测数据进行反演,得到对流层高空大气气溶胶消光系数廓线;利用其中一处的气溶胶消光系数可以反演得到对流层低空大气气溶胶消光系数廓线。利用米-拉曼散射激光雷达联合反演对流层气溶胶消光系数廓线,可以清晰看出气溶胶的分布特征,对流层低空自由大气的气溶胶消光系数最大值一般为0.1km~(-1)左右,表明对流层低空自由大气比较干净;对流层高空大气气溶胶消光系数在云影响下可达到6km~(-1),无云时气溶胶消光系数最大值一般为0.1km~(-1)左右,表明高空大气比较干净。     

基于Mie散射激光雷达的气溶胶消光系数反演方法

Mie散射激光雷达在探测气溶胶光学特性方面应用极其广泛,但在确定气溶胶消光系数边界值、后向散射消光对数比等方面缺乏精准性。基于Klett后向积分模型,提出了一种利用Mie散射激光雷达反演气溶胶消光系数的方法。首先,通过构建非线性方程,利用Steffensen迭代法获得气溶胶消光系数边界值。其次,借助差分吸收激光雷达函数模型推导气溶胶后向散射消光对数比。最后,引入反馈系统,不断修正边界值,减小气溶胶消光系数反演的误差。实验结果表明,该算法能够更快速地获取消光系数边界值并反演出高精度的气溶胶消光系数,平均相对误差低于10 %,在气溶胶探测中应具有广阔的应用前景。     

改进的牛顿法确定大气消光系数边界值

在用激光雷达方程反演大气消光系数时,大气消光系数边界值对反演精度影响较大,而在低层大气中该值较难确定。文中提出了一种基于改进牛顿法的大气消光系数边界值确定方法,其核心思想是,把确定大气消光系数边界值的问题转化为求非线性方程的数值解。首先,根据大气消光系数边界值与激光雷达回波信号功率以及大气光学厚度之间的关系,假设大气消光系数边界值为x,构建一个非线性方程。其次,采用改进的牛顿法求非线性方程的数值解,得到大气消光系数边界值。使用香港天文台装置在香港国际机场的多普勒激光雷达回波信号数据,对该方法的可行性和可靠性进行了验证。结果表明:利用该方法确定边界值,可以较为准确地反演出低层大气消光系数。该方法收敛速度快,迭代次数少,并且不需要计算导数值,极大地减少了运算量,具有较强的实际应用价值。     

高分五号卫星偏振遥感陆地上空气溶胶光学厚度

针对多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)数据,提出了基于多角度多光谱偏振信息的气溶胶光学厚度反演方法。该方法使用Nadal-Breon半经验模型计算地表偏振反射率,以扣除地表影响;采用倍加累加法矢量辐射传输模型构建气溶胶参数查找表,通过计算最小残差,动态确定最优气溶胶模型,从而实现陆地上空气溶胶光学厚度的反演。使用DPC的L1级条带数据,反演获得了中国东部地区气溶胶光学厚度的空间分布,并与MODIS产品和AERONET地基站点数据分别进行了对比,反演结果与MODIS气溶胶产品的整体分布具有很好的一致性;同时,与AERONET地基站点观测结果具有较高的相关性,670 nm和865 nm两个波段的相关系数都在0.8以上,说明该算法模型反演陆地上空的气溶胶光学厚度准确可靠,可为DPC遥感大气气溶胶提供技术支持。     

南京仙林地区气溶胶光学厚度反演与分析

2007年11月,利用CE-318太阳光度计对南京仙林地区进行了气溶胶光学特性的观测实验.详细讨论了气溶胶光学厚度反演的原理与方法,采用Langley法对CE-318进行了现场定标,利用观测数据反演了气溶胶光学厚度和Angstrom系数.分析得出了550 nm处的光学厚度平均为0.5183,浑浊度系数β平均值为0.2325,波长指数α平均值为1.3373.分析了光学厚度的日变化和逐日变化,讨论了变化的原因.对Angstrom参数的分析表明仙林地区气溶胶以中小粒子为主,这对于分析和监测南京地区大气污染、改善空气质量具有一定的积极意义.     

基于Fernald和Klett方法确定气溶胶消光系数边界值

基于Fernald方法和Klett方法,推导出一个具有明确物理意义的确定气溶胶消光系数边界值的表达式,该式比目前用于确定边界值的Collis斜率法表达式增加了两项：空气分子消光系数项和后向散射项,这两项与Collis斜率法的值符号相反。空气分子消光系数项较小,但后向散射项为后向散射系数的倒数和导数的乘积,绝对值能达到Collis斜率法的75.2 %。分析表明,考虑了新增两项反演的大气气溶胶光学厚度（AOD）与实测更接近,所以增加这两项是合理的、必要的。不同标高反演2007年9月20日的AOD在0.20~0.25之间,变化范围较小;反演的AOD方差为0.003,相对较小。说明新方法对标高的依赖较小且较稳定。分析424个时次晴空资料的反演结果可知,反演比实测大7.4%,反演与实测的相关系数为93.2%,相对误差和绝对误差分别为10.9%和0.03,反演的AOD方差为0.02,AOD小于0.45（占到资料总数的91.7%）时,反演结果较好。     

气溶胶组分反演方法光学辐射产品 精度的综合分析

基于 2005–2013 年 POLDER-3 多角度偏振观测资料, 通过最新开发的可以实现气溶胶光学特性及组分信息 同时反演的气溶胶组分卫星反演方法获得全球气溶胶综合产品, 并利用 AERONET (Aerosol Robotic Network) 全球站 点观测资料对反演获得的气溶胶光学辐射特性产品进行了综合评价分析, 讨论了气溶胶组分反演方法的适用性和 先进性。结果表明, 气溶胶组分反演方法应用于多角度偏振观测中, 不仅可以获得高精度的多个波段气溶胶光学厚 度 (AOD) 产品, 还可以获得多个波段吸收性气溶胶光学厚度 (AAOD) 以及不同波段组合下 (440/670 nm, 670/870 nm, 870/1020 nm, 440/1020 nm) Ångstrom ¨ 指数 (AE) 等气溶胶光学辐射特性产品, 并且这些气溶胶光学特性反演产品都具 有较小偏差, 表明气溶胶组分反演方法能够更好地对观测数据实现拟合, 获得更丰富更精确的气溶胶卫星反演产品, 为进一步优化算法并提供更加精确的卫星产品奠定基础。