大气监测激光雷达

激光雷达物理量的反演方法
　　激光雷达接收到的是光电子信号，想要得到我们需要的物理量，赋予它合适的物理意义，就必须对接收到的信号进行分析处理，反演得到我们需要的结果。
　　2.1消光系数（σ）
　　Collis方法：
　　其中S（Z）=ln[Z2P（Z）]，
　　Klett方法：
　　Zm为参考高度，为所观测范围的上界。σm=σ（Zm），Zm为这一薄层的消光系数。
　　Fernald方法：Zc为标定高度，一般是通过选取近乎不含气溶胶的清洁大气层所在的高度来确定。这一高度处的气溶胶粒子和空气分子消光系数都是确定的。Zc以下高度下的气溶胶粒子消光系数为：
　　Zc高度以上的气溶胶粒子消光系数为：
　　下标1，2分别代表气溶胶与空气分子。S=σ/β，X（z）=P（z）Z2。σ2（z）可以根据美国标准大气模式提供的空气分子密度的垂直廓线计算得到。这三种方法由简到繁，随着计算水平的提高，一般都选择后面两种方法。
　　2.2能见度
　　大气能见度与消光系数的基本关系为：y=-lnε/σ。其中为能见度距离，σ为大气消光系数，ε为人眼的亮度对比感阈。通常情况下正常人眼的平均亮度对比感阈ε=0.02。带入上式，即得能见度方程： =3.912/σ。
　　2.3气溶胶光学厚度
　　将消光系数随高度进行积分，就能够得到气溶胶的光学厚度（AOT）：
　　2.4后向散射系数
　　根据反演出的消光系数，由后向散射系数和消光系数的关系，可得
　　β=C0σk
　　2.5退偏振率
　　激光雷达可以利用偏振原理可以分别接受到后向散射在高度z处的平行分量Prp和垂直分量Prs。Kp和Ks分别表示平行分量探测通道和垂直分量探测通道的系统常数。σp（z）和σs（z）分别表示高度z处大气消光系数的平行和垂直分量。退偏振率δ（z）为：　　粒子的退偏振率和粒子的浓度无关，只与形状和成分有关。NIES型Mie散射激光雷达可以发射偏振激光束，偏振激光遇到纯球形粒子发生散射时，只返回平行偏振组分，遇到不规则粒子时，垂直组分也能观测到。退偏振率即为垂直组分与水平组分的比值。沙尘大部分为非球形粒子，退偏振率比较高，其他气溶胶粒子更接近球形。通过气溶胶的退偏振率可以就区分沙尘气溶胶和大气气溶胶的分布和比例。