用于反演半导体激光云高仪垂直能见度的算法-强激光与粒子束.pdf

第 卷第 期 强 激 光 与 粒 子 束 ， ２４ ２ Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．２ 　 　 年 月 ， ２０１２ ２ ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ Ｆｅｂ． ２０１２ 　 　 文章编号： （ ） １００１４３２２２０１２０２０３０７０５ 　 用于反演半导体激光云高仪垂直能见度的算法 ， １２ １ １ 杨成武 ， 刘文清 ， 张玉钧 　 　 （ 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 环境与光学技术重点实验室，合肥 ； 合肥电子工程学院，合肥 ） １． ２３００３１ ２． ２３００３７ 　 摘 要： 根据云高仪工作原理，从米散射激光雷达方程出发，推导出一种低层大气中气溶胶消光系数边 　　 　 　 界值的获取方法，并在此基础上利用 Ｆｅｒｎａｌｄ方法反演得到了大气消光系数的垂直分布；通过垂直路径上的消 光系数反演得到垂直路径的平均能见度，结果表明，该平均能见度更接近垂直方向真实的能见度。用该算法处 理了半导体激光云高仪实际测量的数据，并与 Ｖａｉｓａｌａ云高仪测量的垂直能见度进行了对比，结果表明：该算法 在反演大气垂直能见度时具有较高的准确性和可靠性。 关键词： 大气光学； 垂直能见度； 迭代算法； 半导体激光云高仪； 消光系数 　　 　 　 　 　 　 中图分类号： 文献标志码： ： ／ Ｘ８３１．０３ Ａ 犱狅犻１０．３７８８ＨＰＬＰ０３０７ 　　 　 　　　　 　 　　 长期以来能见度一直是气象观测的主要内容之一，它既能表征大气光学状态，又是常用的气象参量之一。 　　 大气垂直方向上的能见度不仅可反映大气层稳定程度，也可作为判定气团性质和研究大气污染的重要因子，还 为飞机起降和人们日常生活提供安全保障。因此，开展对垂直能见度的研究具有非常重要的意义。 半导体激光云高仪是一个应用在机场和气象观测站等处无人值守的强大的激光雷达系统，作为一种新型 　　 大气观测工具，具有时空分辨力高、可靠性高、对人眼安全、价格相对低廉、易于安装和操作、结构紧凑等优点。 其首要任务是检测云底高度，但垂直能见度的自动监测已成为该设备的另一个非常重要的应用。 利用半导体激光云高仪测量垂直能见度的关键就是寻找可靠的反演算法，目前有关这方面的算法研究很 　　 少， 半导体激光云高仪通过假设消光系数和后向散射系数之间是线性关系而反演得到垂直能见度信 Ｖａｉｓａｌａ ［］ １ 息 ，但其反演算法尤其是一些关键参数如何确定并未说明。相比其他测量能见度的仪器，半导体激光云高仪 对垂直能见度反演影响最大的就是探测高度较低，在较低的探测高度内大气的垂直分布更加不均匀，使得很