一、北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测（论文文献综述）
施百棋[1]（2021）在《对流层气溶胶光学参数的Rayleigh-Raman-Mie激光雷达探测研究》文中研究表明本文采用瑞利-拉曼-米氏（Rayleigh-Raman-Mie）激光雷达探测了南京北郊上空对流层气溶胶的光学特性。首先对Mie散射通道信号进行处理去除背景噪声,发现将10km以上高度洁净大气层回波信号的平均值作为背景噪声比较合理。再对Fernald反演时会产生较大影响的两个参数:洁净大气层气溶胶粒子消光系数aa（z c）和激光雷达比S1选取不同值进行分析比对,发现aa（z c）取值对最终反演结果影响不大;S1的取值对反演结果影响较大,且其值越大消光系数越小。利用Raman通道信号反演气溶胶光学参数时,首先对原始数据进行了快速傅里叶变换去噪和小波去噪处理并进行了比较,发现小波去噪的效果要更好。然后对小波去噪的两项参数:自适应阈值和软硬阈值化的选取进行了比对分析,发现其中固定式阈值的去噪效果最好,而软阈值化比硬阈值化去噪效果更好。选取Mie散射回波信号数据个例反演得到消光系数廓线图结合天气图进行分析,可以发现云层及气溶胶层的高度以及在一段时间内的变化情况;低空的低浓度气溶胶层可能会在湍流作用下扩散稀释;当天气状况为雾霾时,低空气溶胶消光系数会呈现异常大值。通过比对Fernald方法和Raman方法反演气溶胶消光系数证明Raman方法由于不需要提前假定雷达比,因此使用Raman方法反演结果更为精确。而使用Raman法计算所得真实雷达比代入Fernald法反演可以极大提高Fernald法反演的准确度,平均激光雷达比代入Fernald法反演效果则一般,而假设激光雷达比为常数反演结果则最差。利用Raman散射信号反演得到了气溶胶的消光系数、后向散射系数和雷达比在不同天气条件下的垂直分布廓线图并进行分析,结果表明当晴天无云时,反演得到的气溶胶消光系数、后向散射系数及雷达比均大于大气模型,表明南京北郊上空气溶胶分布均匀。上空有云时,气溶胶消光系数和后向散射系数均出现极大值,对应高度雷达比为低值,认为该高度存在冰晶云。上空无云且有大量气溶胶时,消光系数和雷达比均出现较大峰值,而后向散射系数则处于较低水平。最后结合小波协方差变换法和气溶胶消光系数时序图分析发现,白天的边界层高度普遍高于夜间,天气状况晴好时大气边界层高度要高于多云或阴天的时刻,当上空有云层时,会对气溶胶消光系数时序图观察大气边界层高度产生影响。
李红旭[2]（2021）在《基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究》文中研究表明气溶胶是大气系统的重要组成部分,虽然在大气中相对含量很少,但对气候环境和大气辐射传输具有重要的影响。相较于被动遥感、卫星等探测手段,地基激光雷达作为一种主动式光学遥感探测工具,具有时空分辨率高、探测距离远、测量精度高等优点,被广泛应用于气溶胶探测。因此,研究基于激光雷达数据精确测量气溶胶相关特性对大气遥感、环境监测等领域具有重要意义。随着工业制造技术的进步,激光雷达系统逐渐成熟,成本得到控制,应用也比较普遍。光学遥感行业对激光雷达的数据处理和反演模型的需求越来越迫切。然而,激光雷达信号中含有大量噪声,研究高效的激光雷达信号去噪方法,从强背景噪声中提取出有用信号,是保障数据精确反演的前提。此外,在使用激光雷达数据进行气溶胶参数反演时,往往需要先验信息的假设或根据经验确定模型参数等人工干预的手段,这容易造成较大的误差,且难以实现自适应、自动化处理。这些局限性主要体现在激光雷达数据的预处理,气溶胶层垂直结构和光学物理等特性的反演中,本文的研究工作将致力于解决这些难题,具体研究内容如下:（1）激光雷达回波信号容易受到噪声污染,特别是在强背景光下,噪声严重影响了激光雷达系统的反演精度和有效探测距离。针对强噪声干扰的问题,提出了基于鲸鱼优化算法和变分模态分解的自适应激光雷达回波信号去噪方法。通过鲸鱼优化算法获得变分模态分解的分解模态数和二次惩罚因子,使得变分模态分解模型能够获得更好的去噪效果。实验结果表明该方法可应用于激光雷达信号的降噪,能有效提高激光雷达信号的信噪比,并将实验所使用的激光雷达系统的有效探测距离从6 km提高至10 km。（2）行星边界层高度是描述气溶胶层垂直结构的主要参数,其估计的准确性对天气和空气质量的预测和研究至关重要的。最常用的边界层高度反演算法是小波协方差变换法,但它存在扩张系数的选定和容易受到云、气溶胶干扰等问题。本文基于鲸鱼优化算法与上限法,提出了改进的小波协方差变换法,无需其他辅助测量设备,仅基于简单的微脉冲激光雷达即可实现行星边界层高度的自动、准确、稳定探测,解决了上述技术难题。（3）气溶胶消光系数是气溶胶光学特性的核心参数,对大气过程的变化有着重要影响。Mie散射激光雷达作为应用最为普遍的激光雷达设备,需要经验假设和复杂的数值运算才能反演出气溶胶消光系数,制约了反演结果的精度。结合Mie散射激光雷达和高光谱分辨率激光雷达的优缺点,提出了一种基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演模型,能够有效避免诸多假设带来的不确定性,提高Mie散射激光雷达的探测精度。实验结果表明训练后的深度信念网络模型具有良好的鲁棒性和稳定性,为Mie散射激光雷达反演气溶胶特性参数提供了一种具有竞争力的解决方案。（4）气溶胶的粒子谱分布等微物理特性参数可用于监测气溶胶的演变过程、研究大气气溶胶的时空变化规律。本文通过激光雷达方程、Mie散射原理等理论方法,揭示了气溶胶光学特性和微物理特性之间的关系。针对正则化算法反演气溶胶粒子谱分布存在的问题,通过广义交叉验证法获得正则化参数和最小偏差准则获取气溶胶复折射指数,实现了基于多波长激光雷达数据的气溶胶粒子分布反演。
张秋实[3]（2021）在《机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究》文中认为作为一种新型大气风场探测技术——紫外激光雷达技术近年来受到广泛关注。与传统红外测风激光雷达技术相比,紫外激光雷达基于空气分子的瑞利散射,在气溶胶稀少环境下可实现近距离风场测量。其具有保密性高,全方位性好、抗干扰能力强等特点,是一种在要求无线电静默条件下进行探测的有效方法。目前的机载紫外测风激光雷达的参数设置主要来自实验环境的具体测试,缺少系统性的理论研究。而现有的紫外激光大气传输模型计算量大,计算精度低,针对具体的应用环境,很难迅速获得仿真回波信号数据。同时,现有的紫外光大气仿真模型缺少对紫外光源的仿真,使得许多研究项目开展时需将大量时间消耗在光源的选择与测试之中,增加的光源的选购成本。另外,现有的紫外激光大气传输模型缺少对恶劣天气的考虑,如大气湍流。大气湍流会干扰紫外激光信号的回波稳定性,影响雷达探测的准确性。针对机载紫外激光雷达大气传输模型建立的迫切需求,对紫外激光大气传输问题进行了系统性研究。提出了基于蒙特卡罗指向概率法的机载紫外激光雷达短距离传输模型。研究了紫外激光雷达系统中各类系统几何参数对回波信号的影响。获得了不同光强分布紫外光源下,回波信号强度与系统几何参数的变化关系。完成了前视测风激光雷达收发链路在湍流环境下的回波信号仿真问题。论文的主要研究内容与贡献如下:1.深入研究紫外激光大气测量技术,对紫外激光雷达信号大气传播的基本原理进行了研究。归纳总结了紫外激光雷达信号大气传输理论及其存在的不足。介绍了紫外激光大气散射理论的研究现状。离散坐标法将辐射传输方程转化为一阶线性微分方程组,针对复杂边界条件进行计算,求解十分困难。有限体积法通过数值积分对辐射传输方程中的散射项进行近似处理,计算量大,模型十分复杂,用时长,对计算机的硬件要求较高,耗内存。传统蒙特卡罗法统计的是接收器实际捕获的光子数,很难快速获得收敛解。本文提出了一种基于蒙特卡罗指向概率法的机载紫外激光雷达大气传输模型。2.针对现有紫外光大气传输模型计算量大,很难快速获得收敛解的问题,利用蒙特卡罗指向概率法,建立了机载紫外激光雷达大气传输模型。针对机载紫外激光雷达大气传输问题,分析了不同收发几何参数（收发间距、收发端不共面偏轴角、收发仰角、光源发散角以及接收端视场角）对紫外激光回波信号的影响。比较了单次散射与多次散射情况下的回波信号差异。紫外光大气回波信号会由于散射发生脉冲展宽,同时回波信号时间延迟增加。在单次或多次散射模型下,收发轴的不共面角、收发仰角、光源发散角和接收器视场角会影响接收光信号的辐照功率密度、脉冲的时间延迟以及脉冲宽度等。由于飞机飞行的抖动,当收发轴不共面角增加时,紫外回波信号功率密度峰值降低、脉冲宽度变窄。具体为收发短距离传输条件下,收发轴不共面角对回波影响明显,而在长距离下影响较弱。多次散射在收发间距短、不共面角大时不能被忽略。最后将仿真结果与经典蒙特卡罗模型进行了比较,结果表明,两模型测量结果吻合,进而说明了建立模型的正确性。在程序运算时间方面,前者可以更加快速地获得收敛解,具有更高的运算效率。3.针对现有紫外光大气传输模型缺少对信号光源光强分布的考虑的不足。采用随机光子的模拟方法,对紫外光源进行了数值建模,结合蒙特卡罗指向概率法,创新性地通过仿真建模研究了光源特性对紫外回波信号的影响。推导了在相同收发端几何参数、不同光源（不同光源种类、不同激光工作模式）的条件下,回波信号的能量利用率随收发间距的变化关系。计算表明,在相同不共面角相同时,具有高斯分布的激光的接收光辐照度比均匀分布光源高一个数量级。当激光光源发散半角越小时,收发系统允许有更大的最大不共面角。从三种光源的单次与多次散射的计算结果可看到,在收发间距小时,多次散射对系统最大不共面角?影响明显。多次散射在光源发散角小的情况下,对系统回波能量贡献小。当光源发散角大时,回波信号中多次散射贡献明显。4.针对现有机载紫外激光雷达大气传输模型缺少对恶劣天气的考虑的不足,本论文研究了机载紫外测风激光雷达收发链路在湍流环境下的传输问题。基于现有共轴紫外传输湍流大气模型,建立了非共轴湍流紫外激光传输模型。计算了湍流环境下非共轴紫外激光回波信号闪烁效应功率概率密度分布函数。探究了湍流环境下收发仰角对紫外光链路的影响,仰角越小,湍流闪烁效应越弱。
付松琳[4]（2021）在《星载气溶胶激光雷达的模拟仿真和反演算法应用研究》文中研究表明气溶胶是大气污染物的主要组成部分,是城市光化学烟雾的重要来源。气溶胶通过直接和间接效应影响地球-大气之间的辐射收支平衡。星载激光雷达具有时空分辨率高、日夜兼用和探测区域宽广等优点,已成为有效获取广域和全球范围气溶胶和云光学特性时空分布的重要技术手段。当前获取大区域范围的气溶胶垂直廓线信息采用的是美国NASA发射的CALIOP提供的数据产品,为了可以得到更为全面的气溶胶垂直观测数据与近地面雾霾信息,需要研制星载激光雷达对我国区域范围内的污染的环境情况进行监测,获取中国区域的污染信息的精准时空分布,并对区域内污染物浓度进行辨识量化。本文研究工作主要包括两方面,一方面依据星载激光雷达探测需求,研制星载激光雷达缩比样机,并由此开展星载激光雷达的性能模拟仿真研究;另一方面针对星载激光雷达测量信号特征,开展边界层内气溶胶光学特征和质量浓度定量反演算法研究。在星载气溶胶激光雷达性能模拟仿真研究方面。依据星载激光雷达探测要求,研制缩比样机系统。该系统采用与星载激光雷达一致的光子计数激光雷达探测体制,通过光机优化设计和结构模态分析,确保出射激光和接收光学间的高精度对准和保持,有效解决白天背景光干扰,实现10km高度范围大气气溶胶的昼夜观测能力。同时依据该缩比样机实际测量数据,通过构建星载激光雷达测量有效信号、背景信号和信噪比模拟仿真,重点评估星载激光雷达在洁净、灰霾和有云三种典型天气条件下的探测能力和垂直廓线数据质量,并由此给出星载激光雷达后续研制建议。在星载气溶胶激光雷达数据反演算法研究方面。首先,对Collis斜率法、Klett方法和Fernald方法对米散射激光雷达反演算法进行比较分析,并重点给出Fernald反演算法的不确定度分析。其次,根据激光雷达信号特征采用自适应阈值函数去噪算法,通过调整阈值函数实现去噪的同时最大限度地保留有用信号,显着提高激光雷达测量信号的信噪比。同时提出一种分段反演云下气溶胶优化算法,利用微分零交叉法识别云顶高度和云底高度,通过迭代反演合理选择云激光雷达比,实现云下气溶胶光学特性垂直廓线的精确反演。最后,通过将获取的光学特性与气象要素和实测的颗粒物浓度建立回归预测模型,实现对颗粒物浓度的辨识研究。采用逐步判别法对特征值进行筛选并运用线性回归、BP神经网络和GA-BP神经网络构建辨识回归模型,实现颗粒物浓度的评分预测。通过逐步判别方法选用6个特征变量组成特征集,此时R2最高且RMSE值最小,分别为0.98和0.19。通过回归模型发现,GA-BP的预测误差范围比BP的预测误差范围小,预测效果优于BP方法。其回归模型的训练集相关指数R2=0.904,测试集的相关指数R2=0.899,平均预测误差为7.122μg/m3,说明激光雷达可以有效地监测颗粒物的分布。证明了激光雷达可以作为一种有效的和灵活的仪器收集颗粒物浓度数据的可行性,特别是监测PM2.5浓度在大气中的空间分布。综上所述,星载气溶胶激光雷达缩比样机可以满足观测需求,该激光雷达的星载模拟信号云层和污染层的层结构明显。星载气溶胶激光雷达在轨后获取的数据产品可以联合气象要素数据对颗粒物浓度进行表征,实现定性遥感到定量遥感的转换。
张亦舒[5]（2021）在《自由对流层气溶胶主被动遥感协同探测方法》文中提出自由对流层人为源气溶胶是指生物质燃烧、工厂与城市交通等排放的黑碳、粽碳、硫酸盐、硝酸盐、铵盐等颗粒物。研究自由对流层人为源气溶胶的时空分布特征对于污染物传输、气候强迫效应评估以及卫星遥感估算地面颗粒物浓度均具有重要意义。地面和CALIPSO星载激光雷达常用的主动遥感探测气溶胶垂直分布方法,但是仅能代表“点”和“线”的小范围观测结果。被动遥感卫星能够定量获取大范围的痕量气体时空分布信息。本文旨在提出一种基于主被动遥感观测数据协同的自由对流层人为源气溶胶识别方法。首先,基于地基激光雷达数据,从年际和季节变化尺度对浙江省2017～2018年气溶胶垂直分布特征进行研究,并选取发生在2018年4月和7月两次气溶胶跨区域传输过程,综合CALIPSO和MODIS卫星数据以及后向轨迹?PSCF与CWT模式对污染物来源与传输机制进行探索。进一步,将星地激光雷达主动遥感技术与OMI、MOPPIT卫星被动遥感观测相结合,依据一氧化碳（CO）和二氧化氮（NO2）存活寿命存在显着差异性区别不同的污染来源,通过概率分布函数建立NO2/CO比值与主动遥感探测高空输送气溶胶结果的关联性分析,完成长时间序列（2010～2019年）自由对流层人为源气溶胶时空分布制图。研究结果表明:（1）浙江省多数激光雷达站点在2018年的气溶胶消光系数整体小于2017年;0.9 km以下消光系数空间上呈中部高东西低的分布形态,且人为气溶胶的大量排放是造成近地面消光系数较高的主要原因;消光系数季节变化表现为冬季最高,秋季其次,而春夏较低。气溶胶在春、夏季集中在地面上方1～2 km,冬季主要分布在1 km以下,秋季受高空气溶胶影响,六个站点呈现出不同的垂直分布模式。借助PM2.5/PM10比值对自然和人为污染进行区分,结果显示浙江省细粒子污染严重并且受人为来源影响较大。两起跨区域污染传输事件表明,除局地排放的污染物外,气溶胶跨区域输送会加重浙江省内污染程度,尤其当气流经过AOD高值区时会携带大量污染物并输送至研究区域,引发重度污染。（2）对流层NO2和CO总柱浓度呈西部低,东部高的空间分布格局,NO2重污染区以华北平原、长三角和华南地区为代表,CO重污染区集中在京津冀和山东地区,中国西部同时处于NO2和CO低值区并以青藏高原为低值中心。（3）采用K-means算法对CALIPSO L2 532 nm气溶胶消光系数廓线进行分区域聚类分析并与NO2/CO格网数据进行匹配。结果表明,NO2/CO比值频率分布在case 1和case 2间存在明显差异。高空相对清洁时（case 1）高频区间对应的NO2/CO值明显大于存在高空污染时（case 2）高频区间对应的比值,这可能是NO2与CO在生命周期上的差别性所造成的,CO存活寿命较长易伴随污染物大气中传输,当研究区存在高空气溶胶输送时CO含量上升,导致比值减小;而NO2短暂的存活寿命使之难以远距离扩散输送,多存在于本地排放源,当污染以本地排放为主时,NO2含量增加使比值随之增大。（4）依据case 1和case 2频率分布的差异性,统计得出相应阈值作为判断高空气溶胶是否存在的参考条件。将基于NO2/CO阈值的高空气溶胶判断结果与当天CALIPSO卫星过境时刻的衰减后向散射系数、消光系数及VFM数据进行对比分析,结果表明二者自由对流层气溶胶空间分布较为一致。从年均自由对流层气溶胶空间分布上看,能源密集区、日本、韩国和印度地区为自由对流层气溶胶高发区。该论文有图28幅,表6个,参考文献86篇。
曲雅微[6]（2020）在《大气细颗粒物与臭氧的垂直结构和相互作用研究》文中提出由于经济的快速发展、工业化的推进和能源消耗的增加,中国各大城市群面临着日益严重的空气污染,细颗粒物（PM2.5）和臭氧作为重要的大气颗粒态和气态污染物,能够危害人体健康、作物生长,并对全球空气质量及气候变化产生重要的影响。近年来,随着中国清洁空气政策的实施,大气细颗粒物污染逐渐减轻,然而臭氧污染却逐渐加重。因此,开展大气细颗粒物和臭氧垂直结构和相互作用的研究,对于认识污染的分布特征和形成机制,协同控制大气细颗粒物和臭氧浓度,科学治理城市大气污染具有重要的意义。本文围绕大气细颗粒物和臭氧两个关键污染物,利用地面观测和激光雷达观测,结合多尺度的三维大气数值模式,分析了细颗粒物和臭氧的近地面浓度变化特征、边界层内垂直浓度分布特征及可能存在的相关关系,研究了颗粒物和臭氧相互作用的化学耦合机理,量化了光化学反应过程及非均相化学反应过程对颗粒物和臭氧的影响,分析了颗粒物的辐射反馈效应对边界层发展、污染物分布、水汽传输以及最终对臭氧浓度的影响。主要研究成果如下:首先,基于地面常规观测、地基大气臭氧激光雷达观测和大气拉曼激光雷达观测,研究了南京市大气细颗粒物和臭氧近地面浓度分布特征、垂直分布特征及其相关性。2017年南京市近地面大气臭氧浓度平均为36.09ppb,最大小时浓度出现在春季,为163.87ppb;在2km范围内臭氧浓度一般随着高度的增加而增加,并在不同高度上呈现出春夏高、冬季低的特征。2017年南京市近地面PM2.5平均浓度为49.81μg m-3,呈冬季高(60.97μg m-3)、夏季低(18.57μg m-3)的季节变化特征;在2km范围内颗粒物消光系数随高度增加而减小,并且消光系数随高度的变化率在冬季最大,春季次之,在夏季最小。2017年全年南京市国控监测站点的PM2.5和O3的浓度均呈现负相关关系,但在不同季节内相关性存在差异:在春、秋、冬季PM2.5和NOx呈显着负相关,在夏季呈显着的正相关。在2km以下的不同高度上,在春、冬季,PM2.5和O3在低层呈负相关,负相关性在300 m处最强,相关系数分别为-0.32和-0.47,在高层呈正相关,正相关程度分别在1520 m和1210 m达到最大,相关系数分别为0.31和0.55。在夏季PM2.5和O3在不同高度上均为正相关。PM2.5浓度和边界层高度呈负相关,相关系数约为-0.70;PM2.5浓度与能见度呈现显着负相关,相关系数为-0.57。其次,基于三维区域模式WRF-Chem研究了颗粒物和臭氧相互作用的化学耦合机理,定量评估了长三角地区光化学反应过程和非均相化学反应过程对大气细颗粒物和臭氧的影响。模拟结果表明,两种化学相互作用过程对臭氧的影响与VOC/NOx比值有关,春、冬季,长三角为VOC控制区;秋季,江苏省沿海城市及上海为NOx控制区,其他区域仍为VOC控制区;夏季长三角大部分地区为NOx控制区,仅北部为VOC控制区。在光化学反应过程方面,细颗粒物可以削弱太阳辐射,增强大气消光,使得近地面光解率JNO2和JO1D降低,导致臭氧浓度在VOC控制区降低、在NOx控制区微弱增加。在夏季,长三角西南部为NOx控制区,臭氧最多可增加4.2ppb,北部为VOC控制区,臭氧最多可减少12ppb。臭氧浓度的降低还影响了大气氧化性,间接降低了近地面二次颗粒物的浓度。另外,颗粒物的散射作用使边界层上方光解率增加,臭氧浓度增加。在非均相化学反应过程方面,颗粒物表面的非均相反应可以直接消耗臭氧、HxOy和前体物NOx,从而影响臭氧的相关反应及浓度。非均相化学反应在春、秋、冬季均导致长三角地区VOC控制区内近地面臭氧浓度降低;夏季,非均相反应在长三角南部的NOx控制区导致臭氧浓度降低,在北部的VOC控制区导致臭氧浓度增加。非均相反应还可以影响硫酸盐和硝酸盐的二次生成,导致颗粒物浓度增加。两种化学相互作用的共同影响下,在长三角主要城市地区,臭氧浓度在春、夏、秋、冬的变化分别为-7.57%、-3.96%、-6.33%、-18.7%,年平均浓度减少约9%;PM2.5浓度在春、夏、秋、冬的变化分别为1.95%、6.47%、-2.57%、2.15%,年平均浓度增加了2%。最后,基于地球系统模型UKESM1-AMIP研究了颗粒物和臭氧相互作用的辐射-气象反馈耦合机理,定量评估了全国颗粒物通过辐射-气象反馈作用对臭氧的影响。本文研究发现,颗粒物可以通过散射和吸收效应削弱太阳辐射,导致中国平均地表净向下短波辐射减少11%,近地面湍流动能降低16.7%,最终导致边界层高度降低约522.01%。边界层内气象要素的变化会影响污染物和水汽的传输和扩散,最终影响臭氧的浓度。一方面,较低的边界层不利于污染物的传输扩散,导致近地面大气污染物浓度升高,中国年平均PM2.5和PM10增加了11%左右,NO浓度增加了约20%,导致臭氧消耗的增加;另一方面较低的边界层不利于水汽的向上传输,更多的水汽被限制在边界层中,影响了上层云的生成,年均云量因此减少了4%,从而间接增大了地表短波辐射和光解反应速率,有利于臭氧的生成。上述两种影响作用相反,其综合效应通常会导致近地面臭氧浓度降低,在颗粒物辐射-气象效应的影响下,我国近地面臭氧年平均浓度减少了6.2%。综上,颗粒物主要通过增大大气消光,降低光解率来影响臭氧的光化学反应;通过颗粒物表面的非均相化学反应,直接消耗臭氧、大气氧化物及臭氧的前体物;通过辐射反馈效应影响地表辐射平衡和边界层发展,影响污染物和水汽的传输扩散,导致臭氧浓度变化。多种不同的相互作用在近地面的VOC控制区内,导致臭氧减少,在NOx控制区内导致臭氧微弱增加;上述相互作用一般导致颗粒物增加。本文的研究结果为充分认识我国城市地区大气细颗粒物和臭氧的相互作用机理有着重要的参考价值,为制定合理的大气细颗粒物和臭氧污染控制方案提供一定的理论基础与科学依据。
杨少波[7]（2020）在《基于AERONET和米散射偏振激光雷达的气溶胶消光-后向散射比获取方法研究》文中指出大气气溶胶分布随空间和时间发生剧烈变化,使用各种监测手段对气溶胶进行长期监测对于更加深入了解气溶胶对气候的影响以及对不同气溶胶模型的验证是必要的。目前广泛使用的被动遥感监测如MODIS等为全球气溶胶的大致空间分布提供了丰富的信息,但是被动遥感无法描述气溶胶在垂直方向上的分布情况,而诸如激光雷达之类的主动遥感则提供了气溶胶垂直分布的信息。其中,Raman激光雷达可以准确得到气溶胶光学性质的廓线,但是白天受到太阳光的影响信噪比降低,气溶胶的观测受到明显的限制。然而使用Mie散射激光雷达数据反演气溶胶的光学性质廓线时,需要假设消光-后向散射比解决反演问题,在实际反演过程中,常假设该参数为固定值。由于消光-后向散射比与气溶胶的复折射指数、粒子尺寸分布以及形状有关,使用固定值会导致气溶胶的反演产生显着误差。获取准确的消光-后向散射比对于气溶胶光学性质的精确反演是必要的。本研究利用AERONET多波长观测对于细粒子含量的敏感性来研究细粒子比例对消光-后向散射比的影响,使用细粒子光学厚度占比FMF将气溶胶混合物中粗模和细模粒子的贡献分离出来,建立基于FMF的消光-后向散射比的模型;同时利用退偏振比与沙尘比例之间的关系,将气溶胶混合物区分为沙尘与非沙尘成分,建立了基于沙尘比例的消光-后向散射比廓线的模型,最后在南京和大阪两地区使用两个模型反演得到的光学厚度AOD与AERONET测得的光学厚度进行对比验证。研究结果表明:（1）使用FMF建立的消光-后向散射比模型中,中国地区的粗模粒子和细模粒子的消光-后向散射比分别为44.77和73.66sr,并使用CALIPSO提供的值40和70sr建立新模型作为参考,两模型反演得到的AOD与太阳光度计AOD的相关系数从定值反演得到的0.44分别提升至0.69和0.72;大阪站点建立的模型中粗模和细模粒子的消光-后向散射比为43.4和70.3sr,同样也使用CALIPSO提供的值作为参考模型,其反演得到的AOD与AERONET AOD的相关系数虽未显着提升,但反演得到的AOD误差从-0.1108分别改善至0.0578和0.0455,误差在±0.05之间的占比从22.3%提升至36.2%和40%,误差在±0.1之间的占比从49.1%提升至60%和63%。对比研究说明了基于FMF的消光-后向散射比获取方法的有效性,也证明了使用FMF优化消光-后向散射比是可行的。（2）利用退偏振比与沙尘比例之间的关系,建立基于沙尘比例的垂直方向上的消光-后向散射比廓线模型中,中国地区沙尘和非沙尘粒子消光-后向散射比分别为49.81和73.13sr,并使用CALIPSO提供的值40和70sr建立新的参考模型,其反演得到的AOD与太阳光度计AOD的误差从-0.0555分别改善至-0.0470和-0.0375;日本站点建立的模型中沙尘和非沙尘消光-后向散射比为52.61和67.98sr,同样也使用CALIPSO提供的值做新的参考模型,其反演得到的AOD与AERONET AOD的相关系数虽未显着提升,但反演得到的AOD误差从-0.1108分别改善至0.0101和0.0116,误差在±0.1之间的占比从49.62%提升至69.73%和67.82%,误差在±0.05之间的占比从22.52%提升均至38.31%。由此可得,基于沙尘比例的消光-后向散射比廓线模型提升了气溶胶AOD反演的质量,证明了该模型的准确性和有效性,也证明了使用退偏数据优化消光-后向散射比是可行的。
邵君宜[8]（2020）在《基于激光雷达的武汉地区边界层和自由大气气溶胶的研究》文中研究说明气溶胶广泛分布在大气中,其来源广泛,对于人类的呼吸健康和生产、生活以及地球的辐射传输起着至关重要的作用。特别是随着工业的迅速发展和人口的快速增加,使得人类活动产生的气溶胶不断增加,导致雾霾等严重污染天气出现的概率大大增加,因此对大气中的气溶胶进行探测具有重要的意义。激光雷达具有高时间、空间分辨率的特点,并且能够长时间的对大气中的气溶胶进行探测,因此被广泛使用,许多激光雷达系统在世界各地被建立起来监测气溶胶。本文利用偏振激光雷达多年的观测数据结合地面空气质量监测站的PM2.5和PM10数据,对武汉地区边界层的气溶胶日循环过程进行了研究。分别利用地基激光雷达和CALIPSO星载激光雷达对自由大气中的气溶胶进行了研究,获得了武汉上空自由大气中气溶胶层的几何特征、光学特征和季节特征,以及不同月份大气边界层和自由大气的气溶胶光学厚度（AOD）,并利用HYSPLIT模型对气溶胶的来源进行了分析。主要的工作和研究结果如下:基于2011-2017年偏振激光雷达数据结合地面空气质量监测站的PM2.5、PM10数据,获得了晴朗天气下气溶胶在时间和空间上的动态变化过程,揭示了边界层高度、地表气溶胶质量浓度、以及边界层内和自由大气中气溶胶光学厚度的日变化规律。随着边界层高度的升高,地表的气溶胶开始向上输送,雷达视场之上的气溶胶光学厚度开始增加,地表的气溶胶质量浓度开始下降;随着边界层高度的降低时,高处的气溶胶开始逐渐回落,地表的气溶胶质量浓度开始上升,PM2.5开始增加的时间点相对于PM10要晚约一个小时,这是由于粗模态粒子和细模态粒子在空气动力直径上的差异导致的。自由大气的光学厚度没有变现出明显的日变化,说明短时间内夹卷作用对于自由大气的影响较小。基于2013年1月至12月162天的532nm偏振激光雷达的观测数据,利用改进的气溶胶层识别算法,获得了武汉上空自由大气中402个气溶胶层的几何特征、光学特征及其季节变化。详细分析了自由大气中气溶胶层影响环境的两个例子:一个光学厚度较大的沙尘层,直接减少了到达地表的太阳辐射,从而抑制了边界层的高度,并且通过沉降作用,加重了地面的污染,而且由于污染沙尘层的吸湿增长作用,使得空气中水汽含量剧烈减少;在沙尘粒子的作用下,云中的液滴通过异质核化作用在较高的温度（-3°C）生成冰晶。从几何特征来看,层底高度小于2km的占总数的68%;层顶高度在1～4km范围内的占总数的76%;层厚度小于1km的占61%。从光学特征来看,269（67%）个气溶胶层的光学厚度小于0.1;平均后向散射系数分布在0.16～4 Mm-1sr-1之间的占87%;平均粒子退偏比小于0.1的占46%,分布在0.1～0.2之间的占29%,分布在0.2～0.35之间的占25%。自由大气层中的气溶胶层有着较为明显的季节特点,春季气溶胶层的平均几何厚度最大（1.2km）,秋季气溶胶层的平均厚度最小（0.7km）,夏季和冬季气溶胶层的平均厚度分别为0.93km和1km。沙尘层和混合沙尘层主要出现在春季、秋季和冬季,夏季由于季风的影响而较少发现沙尘层。根据HYSPLIT后向追迹的聚类分析结果显示,2km高度处41%的气溶胶来自于中国的西北部地区,31%的来自周边地区,27%的来自南方地区。基于2013-2019年CALIPSO星载激光雷达数据,获得了武汉及其周边地区不同类型气溶胶层的垂直分布和季节特征。82%的自由大气的气溶胶层分布在4km以下;自由大气的气溶胶层的光学厚度大部分小于0.1,约占气溶胶层总数的55%,光学厚度大于0.4的气溶胶层占比不足9%。沙尘是武汉及其周边地区气溶胶的主要来源,尤其是在春季和冬季,污染的沙尘和沙漠沙尘总共占到了春季和冬季的77%和71%,其在夏季和秋季分别占39%和54%。其次,烟尘气溶胶层也是污染物的重要来源,在夏季和秋季占比分别为35%和25%,根据MODIS的火点图显示,夏季和秋季的烟尘主要来自中东部地区的秸秆焚烧。基于2013年到2019年的地基激光雷达数据,获得了月平均的边界层光学厚度和自由大气的光学厚度,及两者对对流层光学厚度的贡献。AOD2-7对AOD0-7的月平均贡献在11～28%。从季节来看,春季、夏季、秋季和冬季的AOD0-7分别为0.50,0.38,0.48和0.53;春季、夏季、秋季和冬季的AOD2-7的光学厚度分别为0.13,0.06,0.067和0.07;春、夏、秋、冬各季节AOD2-7对AOD0-7的贡献率分别为27%、16%、14%和13%。较多的沙漠沙尘是春季贡献较大的原因,冬季贡献小是因为冬季边界层内的光学厚度非常大,经常有雾霾天的出现。六月和十月的AOD2-7较小,说明秸秆燃烧对其的影响较小。
杨学成[9]（2020）在《用于大功率LED气溶胶探测雷达的发射系统设计及优化研究》文中研究指明在大气环境监测领域,激光雷达探测技术是测量大气气溶胶粒谱分布、时空分辨率的重要手段之一。但是受限于激光器输出波长数量有限,粒谱的精细探测存在局限性。由于LED具备宽光谱、体积小的特点,将LED光源作为雷达主动探测光源,不仅可弥补激光在精细探测的缺陷,而且有助于实现雷达的小型化。为解决LED雷达探测距离较短的问题,本文对所设计的发射模块分别采用单颗LED和多颗LED的光学方案进行研究。首先,针对单颗LED光源提出采用TIR透镜作为一级,开普勒结构为二级的光束整形的光学整形方案,并对上述方案进行光学仿真。然后,利用光学扩展量分析出该方案的损耗来源,重新设计出一种高传输效率的透镜组代替TIR透镜,并对透镜组方案设计进行误差分析和机械结构的设计。接着,针对多颗LED光源提出采用R、G、B三通道结构,和设计一种而向白光LED阵列的微透镜阵列形式的光学整形结构,并进行光学仿真。仿真结果表明:采用三通道形式的多光源结构,可获得最大的输出光功率为49.9mW,相较于单光源的TIR方案增大2.8mW。最后,根据TIR透镜方案,设计纳秒级的驱动电路,并搭建实验光路验证。搭述的TIR透镜实验结果表明:光束半发散如为13mrad,出射光功率为40mW,而仿真参数为光束半发散角为13mrad,出射光束能量为43.8mW。实验结果与仿真结果有较好的一致性,对LED雷达小型化设计而言具有一定的参考价值。
赵暄[10]（2020）在《大气压力的激光雷达探测方法研究》文中进行了进一步梳理单位面积上所承受的空气柱的质量被称为大气压力。在现代气象科学中,精确的气压资料是进行精确天气分析和预报的关键,大气压力是气象学中一个极其重要的物理参量,开展大气压力廓线的高精度遥感探测技术研究是很有必要的。本论文对地面至高空大气压力廓线的激光雷达探测技术展开研究。根据不同高度处的大气状况,及激光雷达散射信号特性将大气探测区域分为三层,分别是0-12 km、10-25 km、25-40km。针对不同的高度层,分别提出了用瑞利散射大气压力探测方法,振动拉曼信号探测大气压力及振转拉曼相结合探测大气压力廓线的方法。在20 km以上的高空区域,气溶胶含量很小,基本可以忽略,瑞利信号的大小就反映了分子数密度的变化,利用瑞利信号可以反演大气压力;在10-25 km范围,少量气溶胶的存在会影响到瑞利信号,故须选取振动拉曼信号来反演大气压力;在0-12 km范围,气溶胶浓度很高,分子数密度对气溶胶非常敏感,故采用转动拉曼信号先反演大气温度,再推演得出大气压力。利用西安理工大学激光雷达遥感中心的激光雷达探测数据,开展了大气压力的数据反演,并与探空数据对比,进行了精度分析。实现了 0-40km的大气压力数据反演。转动拉曼信号反演大气压力的主要误差来源于温度偏差、参考点偏差和大气比湿偏差,得到的大气压力廓线与探空数据的比对偏差小于5 hPa（百帕）;振动拉曼信号反演大气压力的误差主要来源于参考点误差和大气透过率误差,反演结果与探空数据的比对偏差小于4 hPa;瑞利信号反演大气压力的误差主要来源于参考点偏差和信噪比,反演结果与探空的比对偏差小于6 hPa。本论文通过实测数据的反演与分析,初步实现了大气压力探测的激光雷达方法研究,反演数据证明了所提方法的可行性。
二、北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测（论文提纲范文）
（1）对流层气溶胶光学参数的Rayleigh-Raman-Mie激光雷达探测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 气溶胶对气候及环境的影响 |
| 1.2.2 气溶胶的观测装置介绍 |
| 1.2.3 气溶胶的研究方法研究进展 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 资料与方法 |
| 2.1 实验观测仪器系统介绍 |
| 2.2 激光与大气粒子的作用机制 |
| 2.3 对气溶胶特性的反演方法 |
| 2.3.1 斜率法 |
| 2.3.2 Klett法 |
| 2.3.3 Fernaid法 |
| 2.4 气溶胶光学特性的数学推导 |
| 2.4.1 消光系数 |
| 2.4.2 后向散射系数 |
| 2.4.3 雷达比 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 激光雷达数据处理 |
| 3.1 Mie散射信号处理 |
| 3.2 Fernald反演参数处理 |
| 3.3 Raman回波信号处理 |
| 3.3.1 快速傅里叶变换去噪 |
| 3.3.2 小波阈值去噪法 |
| 3.3.3 快速傅里叶变换去噪与小波去噪效果对比 |
| 3.4 小波去噪数据再处理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 气溶胶光学特性个例分析 |
| 4.1 RRML激光雷达Mie通道反演结果 |
| 4.2 Fernald反演方法与Raman反演方法的订正和对比 |
| 4.3 Raman信号消光系数、后向散射系数和雷达比的反演结果 |
| 4.4 边界层高度个例分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简介 |
（2）基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 激光雷达信号去噪技术研究现状 |
| 1.3 行星边界层高度探测方法研究现状 |
| 1.4 气溶胶消光特性反演方法研究现状 |
| 1.5 气溶胶微物理特性探测技术研究现状 |
| 1.6 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 激光雷达系统和数据预处理 |
| 2.1 激光雷达系统 |
| 2.1.1 Mie散射激光雷达 |
| 2.1.2 Raman散射激光雷达 |
| 2.1.3 高光谱分辨率激光雷达 |
| 2.1.4 多波长激光雷达 |
| 2.2 .激光雷达数据预处理 |
| 2.2.1 探测器延时校正 |
| 2.2.2 背景噪声订正 |
| 2.2.3 后脉冲订正 |
| 2.2.4 距离平方校准 |
| 2.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的激光雷达信号去噪方法 |
| 2.3.1 变分模态分解算法 |
| 2.3.2 鲸鱼优化算法 |
| 2.3.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的去噪方法 |
| 2.3.4 实验结果与讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于激光雷达数据的行星边界层高度反演 |
| 3.1 边界层高度反演资料 |
| 3.1.1 微脉冲激光雷达资料 |
| 3.1.2 无线电探空仪资料 |
| 3.2 行星边界层高度的常用反演方法 |
| 3.2.1 梯度法 |
| 3.2.2 曲线拟合方法 |
| 3.2.3 小波协方差变换法 |
| 3.3 改进的行星边界层高度自适应确定方法 |
| 3.4 实验结果与讨论 |
| 3.4.1 合成信号实验 |
| 3.4.2 实测数据实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于激光雷达数据的气溶胶消光特性反演 |
| 4.1 常见激光雷达系统的气溶胶消光系数反演方法 |
| 4.1.1 基于Mie散射激光雷达反演消光系数 |
| 4.1.2 基于Raman散射激光雷达反演消光系数 |
| 4.1.3 基于高光谱分辨率激光雷达反演消光系数 |
| 4.2 深度信念网络 |
| 4.3 基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演方法 |
| 4.4 实验结果与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于多波长激光雷达数据的气溶胶微物理特性反演 |
| 5.1 气溶胶微物理特性 |
| 5.1.1 气溶胶的粒径 |
| 5.1.2 气溶胶的粒径谱分布 |
| 5.1.3 粒子尺度描述参数 |
| 5.1.4 复折射指数 |
| 5.2 Mie散射理论 |
| 5.3 不适定问题概述 |
| 5.4 基于GCV正则化反演气溶胶粒子谱分布 |
| 5.5 基于气溶胶微物理参数正演气溶胶光学特性 |
| 5.5.1 粒子谱分布的选择 |
| 5.5.2 气溶胶复折射指数的选择 |
| 5.5.3 气溶胶光学特性和激光雷达信号的模拟 |
| 5.6 基于气溶胶光学参数反演气溶胶微物理特性 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容与总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 在研期间的工作成果 |
（3）机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 紫外测风激光雷达国内外研究现状 |
| 1.2.2 紫外激光大气传输模型国内外研究现状 |
| 1.3 主要研究内容及章节 |
| 第2章 前视紫外测风激光雷达大气传输理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地球大气成分和分层结构 |
| 2.2.1 地球大气成分 |
| 2.2.2 地球大气分层结构 |
| 2.3 机载紫外前视测风激光雷达原理 |
| 2.4 紫外激光雷达大气传输特性 |
| 2.4.1 大气对紫外光的散射 |
| 2.4.2 大气对紫外光的吸收 |
| 2.4.3 大气湍流的影响 |
| 2.5 紫外光大气传输散射理论 |
| 2.5.1 单次散射 |
| 2.5.2 多次散射—经典蒙特卡罗模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 机载紫外激光雷达大气传输模型的建立 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 利用蒙特卡罗指向概率法建立紫外光大气传输模型 |
| 3.2.1 确定初始光子的发射方向余弦 |
| 3.2.2 定义光子空间坐标与散射方向余弦 |
| 3.2.3 判定光子是否被接收 |
| 3.2.4 计算光子接收概率 |
| 3.3 单次散射模型(n=1)仿真分析 |
| 3.3.1 单次散射收发间距对回波信号的影响 |
| 3.3.2 单次散射收发不共面角对回波信号强度的影响 |
| 3.3.3 单次散射不同激光光源对回波信号的影响 |
| 1)仿真分析'>3.4 基于蒙特卡罗指向概率法的多次散射(n>1)仿真分析 |
| 3.5 模型的验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 紫外发射光源特性对回波信号的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 紫外激光光源的建模 |
| 4.2.1 利用正态分布随机数生成初始光子方向余弦 |
| 4.2.2 利用均匀分布随机数生成初始光子方向余弦 |
| 4.3 光源模型与MCNEE散射模型的联合仿真 |
| 4.4 接收端接收能量密度的分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 湍流大气中的机载紫外激光传输模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 收发共轴紫外探测链路的湍流传输 |
| 5.2.1 大气湍流基本原理 |
| 5.2.2 湍流对数正态分布模型 |
| 5.3 湍流环境中机载紫外前视激光雷达非共轴链路建模 |
| 5.4 湍流环境中紫外前视激光雷达非共轴链路模型仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文研究成果 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 下一步工作计划 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）星载气溶胶激光雷达的模拟仿真和反演算法应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 大气气溶胶的直接测量 |
| 1.2.2 基于地基遥感的大气气溶胶观测 |
| 1.2.3 基于星载遥感的大气气溶胶的观测 |
| 1.2.4 基于主动式星载激光雷达的大气气溶胶的观测 |
| 1.3 本文设计思路和主要工作 |
| 1.3.1 本文设计思路 |
| 1.3.2 本文主要工作 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 星载激光雷达缩比样机研制 |
| 2.1 大气探测激光雷达 |
| 2.1.1 激光与大气相互作用机制 |
| 2.1.2 大气探测激光雷达的作用机制 |
| 2.1.3 米散射激光雷达的组成和工作原理 |
| 2.2 星载激光雷达总体设计 |
| 2.3 缩比激光雷达样机模块设计 |
| 2.3.1 激光发射单元 |
| 2.3.2 光学接收单元 |
| 2.3.3 信号探测和采集单元 |
| 2.4 探测结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 星载激光雷达的信号模拟和噪声特性分析 |
| 3.1 基于实际消光系数的星载激光雷达回波信号模拟 |
| 3.1.1 大气消光模式 |
| 3.1.2 基于实际消光系数的信号模拟 |
| 3.1.3 星载激光雷达回波信号模拟 |
| 3.2 激光雷达的噪声特性分析 |
| 3.2.1 探测器噪声特性分析 |
| 3.2.2 激光雷达实际噪声特性分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 垂直消光廓线的精确反演和数据应用研究 |
| 4.1 米散射激光雷达经典反演算法 |
| 4.1.1 Collis斜率法 |
| 4.1.2 Klett方法 |
| 4.1.3 Femald方法 |
| 4.2 Fernald反演算法的不确定度分析 |
| 4.2.1 激光雷达比 |
| 4.2.2 后向散射比 |
| 4.2.3 信噪比 |
| 4.3 垂直消光廓线的精确反演 |
| 4.4 激光雷达信号的数据预处理 |
| 4.4.1 重叠因子几何校正 |
| 4.4.2 激光雷达信号的背景噪声 |
| 4.4.3 基于激光雷达信号特征的数据平滑 |
| 4.5 典型重污染过程的数据应用研究 |
| 4.5.1 站点与数据来源介绍 |
| 4.5.2 有云天气下的霾污染过程 |
| 4.5.3 有云天气下的沙尘污染过程 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于激光雷达数据的颗粒物浓度估算研究 |
| 5.1 特征数据描述与筛选 |
| 5.1.1 光学特征数据描述 |
| 5.1.2 其他特征数据 |
| 5.1.3 基于逐步判别法的特征筛选 |
| 5.2 神经网络介绍及优化参数设置 |
| 5.2.1 后向传播神经网络 |
| 5.2.2 基于遗传算法的后向传播神经网络 |
| 5.3 基于神经网络的颗粒物浓度辨识 |
| 5.3.1 基于线性回归的颗粒物浓度辨识 |
| 5.3.2 基于BP的颗粒物浓度辨识 |
| 5.3.3 基于GA-BP的颗粒物浓度辨识 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作内容 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）自由对流层气溶胶主被动遥感协同探测方法（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.4 论文组织架构 |
| 2 数据与方法 |
| 2.1 地基激光雷达数据 |
| 2.2 监测站点数据 |
| 2.3 AERONET站点数据 |
| 2.4 .MODIS卫星数据 |
| 2.5 CALIPSO星载激光雷达数据 |
| 2.6 OMI卫星数据 |
| 2.7 MOPITT卫星数据 |
| 2.8 后向轨迹与潜在源分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 3 浙江省气溶胶垂直分布特征 |
| 3.1 激光雷达站点概况 |
| 3.2 年均气溶胶垂直分布特征 |
| 3.3 季均气溶胶垂直分布特征 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 气溶胶跨区域传输事件分析 |
| 4.1 污染过程分析 |
| 4.2 污染来源与传输机制分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 主被动遥感协同探测自由对流层气溶胶 |
| 5.1 研究区域划分 |
| 5.2 NO_2、CO柱浓度空间变化特征 |
| 5.3 NO_2、CO柱浓度时间变化特征 |
| 5.4 CALIPSO廓线聚类分析 |
| 5.5 自由对流层气溶胶判定与验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 主要研究内容及结论 |
| 6.2 特点与创新 |
| 6.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（6）大气细颗粒物与臭氧的垂直结构和相互作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 大气污染物的分布特征 |
| 1.2.1 大气细颗粒物时空分布特征 |
| 1.2.2 对流层臭氧时空分布特征 |
| 1.3 臭氧对颗粒物的影响 |
| 1.4 细颗粒物对臭氧的影响 |
| 1.4.1 细颗粒物对光解反应的影响 |
| 1.4.2 细颗粒物表面的非均相化学反应 |
| 1.4.3 细颗粒物的辐射-气象反馈作用 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 第二章 观测方法和模式介绍 |
| 2.1 观测资料介绍 |
| 2.1.1 大气污染物观测站点与数据来源 |
| 2.1.2 大气臭氧激光雷达观测 |
| 2.1.3 大气气溶胶拉曼激光雷达观测 |
| 2.2 WRF-CHEM三维数值模拟系统 |
| 2.2.1 模式介绍 |
| 2.2.2 模式框架 |
| 2.2.3 模式改进 |
| 2.3 UKESM1-AMIP三维数值模拟系统 |
| 2.3.1 模式介绍 |
| 2.3.2 模式框架 |
| 第三章 南京市大气颗粒物和臭氧的特征与相关性分析 |
| 3.1 大气臭氧的分布特征 |
| 3.1.1 地面基本特征分析 |
| 3.1.2 垂直结构特征分析 |
| 3.2 大气细颗粒物的分布特征 |
| 3.2.1 地面基本特征分析 |
| 3.2.2 垂直结构特征分析 |
| 3.3 大气颗粒物和臭氧的相关性 |
| 3.3.1 颗粒物和臭氧对其他污染物及气象条件的敏感性 |
| 3.3.2 近地面细颗粒物和臭氧的相关性 |
| 3.3.3 不同高度上细颗粒物和臭氧的相关性 |
| 3.4 大气颗粒物和边界层的相关性 |
| 3.4.1 边界层高度的计算方法 |
| 3.4.2 边界层高度的变化特征 |
| 3.4.3 边界层和颗粒物的相关性分析 |
| 3.5 大气颗粒物和能见度的相关性 |
| 3.5.1 大气能见度变化特征 |
| 3.5.2 能见度与污染物的相关性分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 长三角地区大气颗粒物和臭氧相互作用的化学耦合机理研究 |
| 4.1 WRF-Chem模拟设置 |
| 4.2 模式验证 |
| 4.2.1 气象场模拟效果评估 |
| 4.2.2 大气化学成分模拟效果评估 |
| 4.3 光化学反应 |
| 4.3.1 边界层颗粒物及其光学特性 |
| 4.3.2 颗粒物对光解率的影响 |
| 4.3.3 臭氧浓度的变化 |
| 4.3.4 颗粒物浓度的变化 |
| 4.4 非均相化学反应 |
| 4.4.1 NO_x和H_xO_y的变化 |
| 4.4.2 臭氧浓度的变化 |
| 4.4.3 颗粒物浓度的变化 |
| 4.5 颗粒物和臭氧化学相互作用的综合影响 |
| 4.5.1 对臭氧的综合影响 |
| 4.5.2 对颗粒物的综合影响 |
| 4.5.3 不同高度上颗粒物和臭氧的相关性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 中国地区大气细颗粒物和臭氧相互作用的辐射-气象反馈机理研究 |
| 5.1 UKESM1-AMIP模拟设置 |
| 5.2 模式验证 |
| 5.3 细颗粒物的辐射效应 |
| 5.3.1 地表短波辐射及温度 |
| 5.3.2 湍流动能强度 |
| 5.3.3 大气边界层高度 |
| 5.3.4 近地面风速 |
| 5.4 辐射效应对污染物的影响 |
| 5.4.1 污染物浓度的年均变化 |
| 5.4.2 污染物浓度的季节变化 |
| 5.5 辐射效应对水汽和云的影响 |
| 5.5.1 辐射效应对水汽的影响 |
| 5.5.2 辐射效应对云的影响 |
| 5.6 辐射效应对臭氧的综合影响 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文主要研究结果 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 6.3.1 本文工作的不足之处 |
| 6.3.2 今后工作展望 |
| 参考文献 |
| 科研成果 |
| 致谢 |
（7）基于AERONET和米散射偏振激光雷达的气溶胶消光-后向散射比获取方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的和意义 |
| 1.2 消光-后向散射比的国内外研究进展 |
| 1.2.1 AERONET消光-后向散射比国内外研究进展 |
| 1.2.2 Lidar消光-后向散射比国内外研究进展 |
| 1.3 存在的问题及研究路线 |
| 1.4 主要内容与章节安排 |
| 第二章 观测资料的预处理及分析 |
| 2.1 AERONET简介及资料预处理 |
| 2.1.1 AERONET简介 |
| 2.1.2 AERONET反演算法及相关参量 |
| 2.1.3 AERONET消光-后向散射比 |
| 2.2 激光雷达及其方程简介 |
| 2.2.1 激光雷达简介 |
| 2.2.2 Mie散射激光雷达方程 |
| 2.2.3 Raman激光雷达方程 |
| 2.2.4 偏振激光雷达 |
| 2.3 激光雷达资料分析 |
| 2.3.1 激光雷达资料 |
| 2.3.2 激光雷达数据预处理及分析 |
| 第三章 AERONET中消光-后向散射比的敏感性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数据选取 |
| 3.3 不同类型气溶胶的消光-后向散射比 |
| 3.3.1 亚洲沙尘气溶胶 |
| 3.3.2 亚洲烟雾 |
| 3.3.3 混合气溶胶 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 基于FMF的消光-后向散射比模型及验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于FMF的消光-后向散射比模型 |
| 4.2.1 南京地区 |
| 4.2.2 日本大阪地区 |
| 4.3 模型的验证 |
| 4.3.1 南京地区消光-后向散射比模型的验证 |
| 4.3.2 大阪地区消光-后向散射比模型的验证 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 基于偏振特性的消光-后向散射比模型及验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 退偏振比与消光-后向散射比的关系 |
| 5.3 基于退偏数据的消光-后向散射比模型 |
| 5.3.1 南京地区 |
| 5.3.2 日本大阪地区 |
| 5.4 消光-后向散射比模型的验证 |
| 5.4.1 南京站点 |
| 5.4.2 大阪地区 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（8）基于激光雷达的武汉地区边界层和自由大气气溶胶的研究（论文提纲范文）
| 博士生自认为的论文创新点 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 大气气溶胶及对流层 |
| 1.1 大气气溶胶及其研究意义 |
| 1.2 对流层 |
| 1.2.1 大气边界层 |
| 1.2.2 自由大气层 |
| 1.3 气溶胶探测方法 |
| 1.3.1 直接探测 |
| 1.3.2 被动遥感探测 |
| 1.3.3 主动遥感探测 |
| 1.4 本文章节内容安排 |
| 第二章 激光雷达原理 |
| 2.1 激光与大气中物质的散射 |
| 2.1.1 弹性散射 |
| 2.1.2 非弹性散射 |
| 2.2 激光的偏振态 |
| 2.3 激光雷达方程 |
| 2.4 气溶胶探测激光雷达的种类 |
| 2.4.1 米散射激光雷达 |
| 2.4.2 偏振激光雷达 |
| 2.4.3 拉曼激光雷达 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 仪器与数据处理方法 |
| 3.1 532nm偏振激光雷达 |
| 3.2 无线电探空仪 |
| 3.3 颗粒物浓度检测仪 |
| 3.4 CALIPSO星载激光雷达 |
| 3.5 HYSPLIT模型 |
| 3.6 通道增益比的计算 |
| 3.7 信噪比的计算 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 边界层气溶胶 |
| 4.1 边界层高度 |
| 4.1.1 方差法 |
| 4.1.2 小波法 |
| 4.1.3 梯度法 |
| 4.2 边界层内的气溶胶日变化 |
| 4.2.1 夏季的晴朗案例 |
| 4.2.2 冬季的晴朗案例 |
| 4.2.3 边界层日变化规律 |
| 4.3 边界层高度和PM_(2.5)、PM_(10)的关系 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 自由大气的气溶胶层 |
| 5.1 案例分析 |
| 5.1.1 沙尘入侵事件 |
| 5.1.2 云和气溶胶的相互作用 |
| 5.2 云层的判别方法 |
| 5.3 自由大气气溶胶层的判定方法 |
| 5.4 地基激光雷观测的自由大气的气溶胶层 |
| 5.4.1 雷达数据的分布和气溶胶层的时空分布 |
| 5.4.2 气溶胶层的几何特性 |
| 5.4.3 气溶胶层的光学特征 |
| 5.4.4 气溶胶层的分类 |
| 5.4.5 后向散射剖面的季节变化 |
| 5.4.6 武汉上空的气溶胶层来源 |
| 5.5 CALIPSO观测的自由大气的气溶胶层 |
| 5.5.1 气溶胶层的垂直分布及季节分布特征 |
| 5.5.2 气溶胶层的光学厚度分布及季节分布特征 |
| 5.6 自由大气气溶胶光学厚度对对流层光学厚度的贡献 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻博期间的科研成果 |
| 致谢 |
（9）用于大功率LED气溶胶探测雷达的发射系统设计及优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 LED光源 |
| 1.2.1 LED光源特点 |
| 1.2.2 LED的应用 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2 LED光源发射模块光学设计基础 |
| 2.1 几何光学中的基本概念 |
| 2.1.1 拉格朗日-霍姆赫兹不变量 |
| 2.1.2 光通量 |
| 2.1.3 立体角 |
| 2.1.4 发光强度 |
| 2.1.5 光学效率 |
| 2.2 非成像光学理论 |
| 2.2.1 边缘光线原理 |
| 2.2.2 光学扩展量 |
| 2.2.3 矢量形式的Snell定律 |
| 2.3 非成像光学设计方法 |
| 2.3.1 数值计算法 |
| 2.3.2 反馈优化法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 单颗LED光源发射模块的光学设计与仿真 |
| 3.1 单颗LED光源系统发射原理 |
| 3.2 全内反射(TIR)透镜建模设计 |
| 3.2.1 TIR透镜理论计算 |
| 3.2.2 TIR透镜的准直仿真及分析 |
| 3.3 发射端光学结构仿真与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 LED阵列光源发射模块的光学设计与仿真 |
| 4.1 第一类发射端光学准直结构 |
| 4.1.1 发射端光学结构的优化 |
| 4.1.2 发射端光学结构的仿真与分析 |
| 4.2 第二类发射端光学准直结构 |
| 4.2.1 双自由曲面微透镜阵列设计 |
| 4.2.2 微透镜阵列光学仿真及分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 发射模块机电系统设计及实验 |
| 5.1 光学系统误差分析 |
| 5.2 机械结构设计 |
| 5.3 驱动电路 |
| 5.4 实验及结果 |
| 5.4.1 实验器件介绍 |
| 5.4.2 出光发散角测量 |
| 5.4.3 发射端输出功率测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后期展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（10）大气压力的激光雷达探测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 论文的主要工作 |
| 2 大气压力的激光雷达探测方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气静力学方程与气压的时空分布 |
| 2.3 西安地区大气压力统计规律与分析 |
| 2.4 激光雷达探测大气原理 |
| 2.5 激光雷达探测大气压力方法 |
| 2.5.1 大气压力探测技术路线 |
| 2.5.2 瑞利散射激光雷达探测大气压力方法 |
| 2.5.3 振动拉曼激光雷达探测大气压力 |
| 2.5.4 振动拉曼测量大气压力误差分析 |
| 2.5.5 转动拉曼激光雷达探测大气压力 |
| 2.5.6 转动拉曼测量大气压力误差分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 拉曼-瑞利激光雷达探测大气压力 |
| 3.1 探测大气压力的激光雷达系统 |
| 3.2 分光系统的设计 |
| 3.3 瑞利信号反演大气压力 |
| 3.3.1 臭氧透过率对压力反演结果的影响 |
| 3.3.2 分子数密度归一化高度对瑞利反演结果结果的影响 |
| 3.3.3 瑞利信号探测大气压力结果分析 |
| 3.4 振动拉曼信号反演大气压力 |
| 3.4.1 气溶胶对压力反演结果的影响 |
| 3.4.2 参考高度对压力探测结果的影响 |
| 3.4.3 振动拉曼信号探测大气压力结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 转动拉曼信号反演大气温度及大气压力 |
| 4.1 转动拉曼信号探测大气压力仿真验证 |
| 4.2 探空数据反演大气压力 |
| 4.3 温度廓线误差对结果的影响 |
| 4.4 参考点大气压力偏差引入的压力廓线反演误差 |
| 4.5 比湿对大气压力探测结果的影响 |
| 4.6 转动拉曼信号反演大气压力 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 在校期间参与发表的文章 |
四、北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测（论文参考文献）
- [1]对流层气溶胶光学参数的Rayleigh-Raman-Mie激光雷达探测研究[D]. 施百棋. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [2]基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究[D]. 李红旭. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [3]机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究[D]. 张秋实. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [4]星载气溶胶激光雷达的模拟仿真和反演算法应用研究[D]. 付松琳. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]自由对流层气溶胶主被动遥感协同探测方法[D]. 张亦舒. 中国矿业大学, 2021
- [6]大气细颗粒物与臭氧的垂直结构和相互作用研究[D]. 曲雅微. 南京大学, 2020(12)
- [7]基于AERONET和米散射偏振激光雷达的气溶胶消光-后向散射比获取方法研究[D]. 杨少波. 南京信息工程大学, 2020(01)
- [8]基于激光雷达的武汉地区边界层和自由大气气溶胶的研究[D]. 邵君宜. 武汉大学, 2020(06)
- [9]用于大功率LED气溶胶探测雷达的发射系统设计及优化研究[D]. 杨学成. 西安理工大学, 2020(01)
- [10]大气压力的激光雷达探测方法研究[D]. 赵暄. 西安理工大学, 2020