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中国星载气溶胶和云高光谱分辨率激光雷达的模拟和反演

毛飞跃  罗熙  宋捷  梁振兴  龚威  陈卫标  
【摘要】:云和气溶胶对全球气候和大气环境具有重要影响,对其高时空分辨率的三维观测一直是热点和难点问题.星载激光雷达是全球云和气溶胶垂直探测的有效手段,目前已经成功发射云-气溶胶正交偏振激光雷达(CALIOP)和地球科学激光测高系统等Mie散射星载激光雷达,并且得到了广泛的应用.但是, Mie散射星载激光雷达存在病态反演问题,引入了很大的不确定性.目前正在研制和计划发射中的中国星载气溶胶和云高光谱分辨率激光雷达(ACHSRL)可以分离Mie散射和Rayleigh散射信号,避免病态反演问题,受到了广泛关注.为了提前探索ACHSRL探测潜力,本文对其进行了模拟和反演研究.首先,提出了一种简化的光学参数反演方案,该方案减少了传统方法的方程数量和中间变量,避免了后向散射系数反演结果的虚假极值.实验表明因为泊松噪声的影响,导致后向散射系数反演结果偏大,但是可以对反演结果进行校正避免偏大的问题.其次,探讨了先反演激光雷达比再反演消光系数来提高消光系数反演精度的可行性(理想情况下可以将反演误差减小至原反演误差的1%以下),以及碘分子滤波器透过率不确定性对光学参数反演的影响(平均相对误差低于1‰).最后,基于CALIOP实测大气参数进行了ACHSRL的模拟和反演,结果表明案例中ACHSRL反演的夜间层次后向散射系数和消光系数逐点相对误差中位数分别为12%和28%,优于CALIOP相应产品的75%和82%.本研究对激光雷达卫星的研制和应用具有一定的参考意义和应用价值.

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