本公開涉及測量領(lǐng)域，尤其涉及一種針對高氣溶膠濃度場景下的溫濕度拉曼激光雷達(dá)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、溫濕度拉曼激光雷達(dá)已成為大氣遙感領(lǐng)域的重要工具，其在氣象觀測、環(huán)境監(jiān)測和氣候研究等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，為確保這一先進(jìn)設(shè)備的測量精度和可靠性，溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定成為一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。標(biāo)定過程涉及對儀器的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)，以消除或減少各種誤差源的影響，從而獲得準(zhǔn)確的大氣溫度和濕度廓線。溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定對于提高大氣觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量、支持天氣預(yù)報模型的改進(jìn)以及深化對大氣過程的理解具有重要意義。目前，溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定主要依賴于傳統(tǒng)的對比觀測方法，如探空氣球、微波輻射計等參考儀器的同步測量。這些方法的工作原理是通過比對拉曼激光雷達(dá)的測量結(jié)果與參考儀器的數(shù)據(jù)，建立校正函數(shù)或查找表，以修正激光雷達(dá)的原始信號。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)存在一些問題：首先，參考儀器本身的測量誤差會引入額外的不確定性；其次，大氣條件的時空變化可能導(dǎo)致同步觀測的代表性不足；再者，標(biāo)定過程通常耗時較長，難以頻繁進(jìn)行，無法及時反映儀器性能的動態(tài)變化。

2、為解決上述問題，研究人員提出了多種改進(jìn)方法。其中包括利用大氣輻射傳輸模型進(jìn)行理論計算輔助標(biāo)定，通過多種儀器的綜合觀測網(wǎng)絡(luò)提高標(biāo)定的可靠性，以及開發(fā)自動化標(biāo)定系統(tǒng)以提高標(biāo)定效率。然而，這些方法與新型溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定技術(shù)相比仍存在一些缺陷。例如，理論模型計算依賴于大氣參數(shù)的準(zhǔn)確輸入，而這些參數(shù)在實際大氣中往往難以精確獲??；綜合觀測網(wǎng)絡(luò)雖然可以提供更全面的信息，但增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和運行成本；自動化標(biāo)定系統(tǒng)雖然提高了效率，但可能無法完全適應(yīng)復(fù)雜多變的大氣環(huán)境。

3、因此，亟需一種技術(shù)方案，從而能夠提升標(biāo)定精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本公開實施例提供了一種針對高氣溶膠濃度場景下的溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定方法。本公開解決了現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)定常數(shù)誤差較大，精度較低等技術(shù)問題。

2、本公開實施例提供了一種針對高氣溶膠濃度場景下的溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定方法，包括：采集多個波長的彈性散射和/或拉曼散射的信號，所述信號包括355nm彈性散射信號、387nm拉曼散射信號、532nm彈性散射信號和/或607nm拉曼散射信號；對采集的信號進(jìn)行迭代反演，以得到氣溶膠波長指數(shù)、387nm波長和607nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)；利用氣溶膠波長指數(shù)對氣溶膠消光系數(shù)進(jìn)行插值運算，以得到353nm波長、354nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)；基于387nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算混合信號比，所述混合信號比用于修正第一氣溶膠透過率差異，以結(jié)合探空儀獲取的水汽混合比廓線，計算水汽拉曼標(biāo)定常數(shù)；基于353nm波長和354nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算高低階轉(zhuǎn)動信號比，所述高低階轉(zhuǎn)動信號比用于修正第二氣溶膠透過率差異，以結(jié)合探空儀獲取的溫度廓線，計算測溫通道標(biāo)定常數(shù)。

3、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，在對采集的信號進(jìn)行迭代反演之前，還包括：去除背景噪聲，并對降噪后的信號進(jìn)行校正；其中包括：pc(zi)＝p′(zi)-b，其中，p(zi)表示接收信號序列，zi表示第i個距離門的信號，τ表示探測器死時間，p′(zi)表示死時間修正后信號序列，b表示背景噪聲，pc(zi)表示背景修正后信號序列。

4、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，利用氣溶膠波長指數(shù)對氣溶膠消光系數(shù)進(jìn)行插值運算，以得到353nm波長、354nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)，包括：其中，a表示氣溶膠波長指數(shù)，即氣溶膠消光系數(shù)與入射波長之間的關(guān)系，α(λ1)和α(λ2)分別表示已知波長λ1和λ2處的氣溶膠消光系數(shù)。

5、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，基于387nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算混合信號比，包括：其中，rmix(zn)表示混合信號比，p(407)和p(386)分別表示407nm和386nm波長信號，α(386)表示387nm波長的氣溶膠消光系數(shù)，α(407)表示407nm波長的氣溶膠消光系數(shù)，δzi表示第i段距離的分辨率。

6、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，結(jié)合探空儀獲取的水汽混合比廓線，計算水汽拉曼標(biāo)定常數(shù)，包括：其中，表示水汽拉曼標(biāo)定常數(shù)，wr(zi)表示第i點的無線電探空儀得到的水汽混合比，rmix(zi)表示第i點的混合信號比，n表示標(biāo)定范圍內(nèi)對應(yīng)的點數(shù)。

7、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，基于353nm波長和354nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算高低階轉(zhuǎn)動信號比，包括：其中，rhl(zn)表示高低階轉(zhuǎn)動信號比，p(353)和p(354)分別表示353nm和354nm波長信號，α353表示353nm波長的氣溶膠消光系數(shù)，α354表示354nm波長的氣溶膠消光系數(shù)，δzi表示第i段距離的分辨率。

8、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，結(jié)合探空儀獲取的溫度廓線，計算測溫通道標(biāo)定常數(shù)，包括：y＝ax2+bx+c；y＝ln?rhl(zi)，其中，a、b、c表示測溫通道標(biāo)定常數(shù)，t(zi)表示探空儀獲取溫度廓線中第i點高度的溫度，rhl(zi)表示第i點的高低階轉(zhuǎn)動信號比，y和x表示擬合自變量。

9、在如上所提供的一種針對高氣溶膠濃度場景下的溫濕度拉曼激光雷達(dá)標(biāo)定方法，通過修正氣溶膠透過率差異項，并結(jié)合同時刻的探空儀數(shù)據(jù)，能夠校正水汽拉曼標(biāo)定和測溫通道標(biāo)定，從而提升標(biāo)定精度。

技術(shù)特征：

1.一種針對高氣溶膠濃度場景下的溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，其中，在對采集的信號進(jìn)行迭代反演之前，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，其中，利用氣溶膠波長指數(shù)對氣溶膠消光系數(shù)進(jìn)行插值運算，以得到353nm波長、354nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，其中，基于387nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算混合信號比，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，其中，結(jié)合探空儀獲取的水汽混合比廓線，計算水汽拉曼標(biāo)定常數(shù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，其中，基于353nm波長和354nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算高低階轉(zhuǎn)動信號比，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，其中，結(jié)合探空儀獲取的溫度廓線，計算測溫通道標(biāo)定常數(shù)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種針對高氣溶膠濃度場景下的溫濕度拉曼激光雷達(dá)的標(biāo)定方法，所述方法包括：利用氣溶膠波長指數(shù)對氣溶膠消光系數(shù)進(jìn)行插值運算，以得到353nm波長、354nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)；基于387nm波長和407nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算混合信號比，所述混合信號比用于修正第一氣溶膠透過率差異，以結(jié)合探空儀獲取的水汽混合比廓線，計算水汽拉曼標(biāo)定常數(shù)；基于353nm波長和354nm波長各自對應(yīng)的氣溶膠消光系數(shù)計算高低階轉(zhuǎn)動信號比，所述高低階轉(zhuǎn)動信號比用于修正第二氣溶膠透過率差異，以結(jié)合探空儀獲取的溫度廓線，計算測溫通道標(biāo)定常數(shù)。通過本發(fā)明公開的方案，能夠提升標(biāo)定精度。

技術(shù)研發(fā)人員：邵楠,陳玉寶,步志超,代雅茹,董紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國氣象局氣象探測中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19