GCV正则化算法在多波长激光雷达气溶胶粒子光谱分布反演中的应用研究

大气气溶胶通过直接作用和间接作用在地球-大气辐射收支中扮演重要角色,对人类生活、生产有着重要影响,日益成为当前研究的热点。而气溶胶粒子谱是表征大气微物理特性的重要参数,其来源、形态、尺度、成分及时空变化机制都很难界定,是大气中不确定性成分之一。针对气溶胶粒子谱反演问题的的研究对于揭示颗粒物浓度、雾霾成因、粒径谱分布、大气污染和气候成因变化有重要的意义。但目前气溶胶粒子谱反演问题仍是当前的关键问题和研究热点,因此结合多波长激光雷达探测数据,我们实现一种新的GCV正则化算法对气溶胶粒子谱反演。本文提出使用GCV正则化算法对气溶胶粒子谱反演,通过光学参数积分方程的解、线性约束反演、广义交叉验证的方法求解线性方程组的解。使用单峰对数正态分布对气溶胶粒子谱进行仿真,同时提出反演窗口选择原则,针对不同反演窗口分析具体的反演效果差异,在理论上证明了GCV正则化反演气溶胶粒子谱的可行性。通过多波长激光雷达实际测量,得到3个波长（355nm、532nm、1064nm）的消光系数和后向散射系数,将6个光学参数作为输入模式,实际反演了对流层内1.2km的气溶胶粒子谱分布,同时与APS-3321粒径谱仪实测的气溶胶粒子谱作验证对比,证明了此方法符合气溶胶分布规律,可以应用于实际气溶胶粒子谱的反演中。基于GCV正则化算法,设计了一套气溶胶粒子谱反演程序。通过Mieplot计算出355nm、532nm、1064nm三个波长下,不同粒子半径的消光系数和后向散射系数,在SQL Server下建立了一个126万2520组适用于单模态对数正态分布和双模态对数正态分布的光学数据集。设计了后端计算程序,使用Matlab对GCV正则化反演算法进行实现,同时实现对数据库的调用。使用Matlab GUI对程序界面进行设计,通过调用不同波长、不同复折射指数,实现粒子数浓度谱、表面积浓度谱、质量浓度谱的反演。对气溶胶浓度谱分布的特性进行了研究。分析了一年四季气溶胶数浓度和质量浓度的谱分布特征。对晴朗天气、雾霾天气、沙尘天气下粒子数浓度、质量浓度进行分析,同时对这三种天气下的细粒子和粗粒子的模式分布进行了研究。

基本信息

题目	GCV正则化算法在多波长激光雷达反演气溶胶粒子谱分布的应用研究
文献类型	硕士论文
作者	舒畅
作者单位	北方民族大学
导师	赵虎
文献来源	北方民族大学
发表年份	2020
学科分类	工程科技Ⅰ辑,信息科技
专业分类	环境科学与资源利用,电信技术
分类号	X513;TN958.98
关键词	多波长激光雷达,粒子谱,消光系数,后向散射系数
总页数：	70
文件大小：	3541K

论文目录

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文的主要内容

第二章 气溶胶粒子谱探测理论

2.1 大气气溶胶粒子尺寸

2.2 气溶胶粒子的尺度分布

2.3 气溶胶的微物理参量

2.4 本章小结

第三章 多波长激光雷达遥感技术

3.1 多波长激光雷达探测原理

3.2 光散射理论

3.3 本章小结

第四章 GCV正则化算法反演气溶胶粒子谱

4.1 GCV正则化算法反演气溶胶粒子谱

4.2 GCV正则化核心反演算法设计

4.3 GCV正则化算法反演气溶胶粒子谱程序设计

4.4 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 GCV正则化反演气溶胶粒子谱仿真

5.2 GCV正则化反演实际气溶胶粒子谱分布

5.3 气溶胶浓度变化分析

5.4 本章小结

第六章 总结展望

6.1 本文总结

6.2 本文创新点

6.3 展望与改进

参考文献

附录

致谢

个人简介

附件

参考文献

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