基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)自動(dòng)反演云參數(shù)算法及應(yīng)用研究.pdf

1、云的時(shí)空分布及其微觀物理學(xué)特性的準(zhǔn)確獲取對(duì)于研究全球氣候變化、氣象預(yù)報(bào)、飛行安全保障及人工影響天氣等諸多領(lǐng)域具有重要意義。近年來,激光雷達(dá)技術(shù)飛速發(fā)展,逐漸成為實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)大氣物理參數(shù)、云和氣溶膠空間分布的有力工具。
　　本論文集中研制出一套能夠利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、自動(dòng)、實(shí)時(shí)提取出云底高度、云峰高度及云頂高度的算法。論文首先簡(jiǎn)要介紹了目前對(duì)云觀測(cè)尤其是云底高度觀測(cè)的常用技術(shù)設(shè)備,分析了利用無線電探空儀、熱紅外成像儀及云微波雷達(dá)等

2、儀器反演云參數(shù)的數(shù)據(jù)處理方法及各自存在的技術(shù)問題。其次重點(diǎn)分析了國內(nèi)外米散射激光雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r,對(duì)國際市場(chǎng)上技術(shù)較為成熟的幾種云高儀的主要參數(shù)做了匯總和對(duì)比,然后依次描述了激光與大氣的相互作用、激光雷達(dá)工作原理和不同場(chǎng)景下所獲得的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)等。
　　在論文的主體部分,首先介紹了本文所涉及的云參數(shù)的定義和含云激光雷達(dá)廓線特征,分析了目前利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演云參數(shù)的主要方法,并對(duì)各自反演適用范圍及誤差進(jìn)行了說明。其次根據(jù)激光雷達(dá)回波

3、信號(hào)特點(diǎn),以微分零交叉法為基礎(chǔ),通過在反演過程中引入多種閾值來區(qū)分云、氣溶膠以及背景噪聲,再根據(jù)相鄰候選云層時(shí)空特性對(duì)其進(jìn)行層次判定等措施改進(jìn)算法并且完成了數(shù)據(jù)處理軟件的初步設(shè)計(jì)。利用該算法處理了2009年6月-7月珠海夏季激光雷達(dá)數(shù)據(jù),較為全面的分析了實(shí)驗(yàn)期間探測(cè)區(qū)域云底高度,并和同步云雷達(dá)數(shù)據(jù)觀測(cè)結(jié)果個(gè)例比對(duì)分析,二者匹配數(shù)據(jù)的云底、云頂高度相關(guān)系數(shù)分別為:0.98、0.95,觀測(cè)結(jié)果較為一致;利用2011年3月-4月和2013年4

4、月-5月北京春季激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演了北京春季云垂直結(jié)構(gòu),主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)期間云的出現(xiàn)頻率、云的層次信息、云族分布及平均云底高度、云頂高度、云厚等參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,與同步探空匹配數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果顯示,二者計(jì)算的云底、云頂高度的相關(guān)系數(shù)分別為:0.86、0.83,二者大部分觀測(cè)結(jié)果較為一致,同時(shí)文中也探討了可能出現(xiàn)探測(cè)差異的原因;利用2013年9月-2013年12月青島秋冬季氣象激光雷達(dá)和 VaisalaCL31同步實(shí)時(shí)連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)一步檢驗(yàn)