CN114675298A - 一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质 - Google Patents

一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质 Download PDF

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CN114675298A CN202210300835.3A CN202210300835A CN114675298A CN 114675298 A CN114675298 A CN 114675298A CN 202210300835 A CN202210300835 A CN 202210300835A CN 114675298 A CN114675298 A CN 114675298A
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Abstract

本申请公开了一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质，应用于海洋探测技术领域，通过确定定标常数，并根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，获取气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值，并根据所获取的两个理论值与实际值反演气溶胶数密度浓度分布，获取气溶胶体积浓度以及气溶胶质量浓度，最后根据径向风速反演三维风场，并确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，从而获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。可见，此方法通过多普勒激光雷达以打破只能在固定高度进行反演的局面，并且通过径向风速反演三维风场，可以对海气边界层内的气溶胶通量探测，提高了探测性。

Description

一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质
技术领域
本申请涉及海洋探测技术领域，特别是涉及一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质。
背景技术
海洋和大气通过海洋大气边界层(海气边界层)构成一个耦合***，其间的水汽交换、气溶胶分布和动力场(湍流动量、三维风场等)是影响海气相互作用的重要因素。海水运动的大部分驱动力来自海气边界层内的通量交换，因此获取高时空分辨率海气边界层特飞沫通量剖面至关重要。
而目前的技术，受限于涡动观测***(IRGASON)一体式涡动，相关通量仪自带的只有CO2气体分析仪、H2O气体分析仪和三维超声风速计，所以只能实现有限高度处的动量通量、CO2通量、H2O通量及热通量反演，无法进行海气边界层内的气溶胶通量探测，探测性能有限。
鉴于上述技术问题，寻求一种海气边界层飞沫通量剖面反演方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质。
为解决上述技术问题，本申请提供一种海气边界层气溶胶的通量反演方法，应用于多普勒激光雷达，包括：
确定定标常数；
根据所述定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值；
获取所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值，并根据所述气溶胶后向散射系数的实际值、所述气溶胶消光系数的实际值、所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布；
根据所述气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度；
获取所处环境的径向风速，以反演三维风场；
确定三维风速的脉动值与所述气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征所述气溶胶质量浓度的通量值。
优选地，在所述确定定标常数之前，还包括：
去除噪声；
确定后向散射功率，并对所述后向散射功率归一化处理；
校正距离平方、脉冲能量以及外差效率。
优选地，所述确定定标常数包括：
以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代；
判断所述回波廊线是否收敛；
若是，对收敛后的回波信号进行积分，以获取第一气溶胶光学厚度；
获取第二气溶胶光学厚度，并根据所述第一气溶胶光学厚度和所述第二气溶胶光学厚度确定所述定标常数，其中，所述第一气溶胶光学厚度未经过校正，所述第二气溶胶光学厚度为测量值；
若否，返回所述以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代的步骤。
优选地，所述根据所述定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，包括：
确定收敛后的回波信号与所述定标常数的乘积；
将所述乘积作为所述气溶胶后向散射系数的实际值；
根据气溶胶类型获取激光雷达比，将所述气溶胶后向散射系数的实际值与所述激光雷达比的乘积作为所述气溶胶消光系数的实际值。
优选地，所述获取所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值，包括：
根据第一类Fredholm积分方程反演气溶胶光学特性，其中，所述气溶胶光学特性至少包括所述气溶胶后向散射系数、所述气溶胶消光系数以及气溶胶光学厚度；
在气溶胶粒径范围和复折射率范围内确定不同组的权重因子；
根据各组的所述权重因子确定对应组的所述气溶胶后向散射系数和所述气溶胶消光系数的理论值。
优选地，反演所述气溶胶数密度浓度分布，包括：
获取各组的所述气溶胶消光系数和所述气溶胶后向散射系数的理论值与实际值的标准偏差；
获取最小标准偏差的组的所述权重因子，以反演所述气溶胶数密度浓度分布。
优选地，所述根据所述气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度，包括：
对所述粒径范围内的所述气溶胶数密度浓度分布进行积分，以得到所述气溶胶体积浓度；
获取主导气溶胶的典型密度值；
确定所述气溶胶体积浓度与所述典型密度值的乘积，以作为所述气溶胶质量浓度。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种海气边界层气溶胶的通量反演装置，包括：
第一确定模块，用于确定定标常数；
第一获取模块，用于根据所述定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值；
第二获取模块，用于获取所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值，并根据所述气溶胶后向散射系数的实际值、所述气溶胶消光系数的实际值、所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布；
第三获取模块，用于根据所述气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度；
第四获取模块，用于获取所处环境的径向风速，以反演三维风场；
第二确定模块，用于确定三维风速的脉动值与所述气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征所述气溶胶质量浓度的通量值。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种海气边界层气溶胶的通量反演装置，包括存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法的步骤。
本申请所提供的一种海气边界层飞沫通量剖面反演方法，应用于多普勒激光雷达，通过确定定标常数，并根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，获取气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值，并根据所获取的两个理论值与实际值反演气溶胶数密度浓度分布，获取气溶胶体积浓度以及气溶胶质量浓度，最后根据径向风速反演三维风场，并确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，从而获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。可见，此方法通过多普勒激光雷达以打破只能在固定高度进行反演的局面，并且通过径向风速反演三维风场，可以对海气边界层内的气溶胶通量探测，提高了探测性。
在此基础上，本申请还提供了一种海气边界层气溶胶的通量反演装置及介质，具有与海气边界层气溶胶的通量反演方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种海气边界层气溶胶的通量反演方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的另一种海气边界层气溶胶的通量反演方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种海气边界层气溶胶的通量反演装置的结构图；
图4为本申请另一实施例提供的海气边界层气溶胶的通量反演装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种海气边界层气溶胶的通量反演方法、装置及介质。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
图1为本申请实施例提供的一种海气边界层气溶胶的通量反演方法的流程图，如图1所示，海气边界层气溶胶的通量反演方法包括如下步骤。
S10：确定定标常数。
S11：根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值。
S12：获取气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值，并根据气溶胶后向散射系数的实际值、气溶胶消光系数的实际值、气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布。
S13：根据气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度。
S14：获取所处环境的径向风速，以反演三维风场。
S15：确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。
可以理解的是，海洋和大气通过海洋大气边界层(海气边界层)构成一个耦合***，其间的水汽交换、气溶胶分布和动力场(湍流动量、三维风场等)是影响海气相互作用的重要因素。海水运动的大部分驱动力来自海气边界层内的通量交换，因此获取高时空分辨率海气边界层飞沫通量剖面至关重要。而目前的技术，受限于IRGASON一体式涡动，相关通量仪自带的只有CO2气体分析仪、H2O气体分析仪和三维超声风速计，所以只能实现有限高度处的动量通量、CO2通量、H2O通量及热通量反演，无法进行海气边界层内的气溶胶通量探测，探测性能有限。因此，提出一种海气边界层气溶胶的通量反演方法。
值得注意的是，本申请实施例应用于多普勒激光雷达(Coherent Doppler lidar，CDL)。CDL具有高精度高时空分辨率，体积小可移动等优势，可以搭载于飞机、船体以及浮标等移动平台实现海气边界层观测。如步骤S10所说，确定定标常数，定标常数为多普勒激光雷达的定标常数，本实施例对如何确定定标常数不作限定。步骤S11中提到，根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值。实际值就是当前状态下气溶胶后向散射系数的值和气溶胶消光系数的值，气溶胶是大气的成分之一，它对气候变化、环境污染、人类健康等有重要的影响而成为全球关注的焦点。特别近些年来，在全球各地越来越频繁发生的沙尘、雾霾现象，使得气溶胶的物理化学以及光学属性受到越来越多的关注。气溶胶消光系数、粒子谱分布等是气溶胶的基本光学和物理特性，它们对于研究气溶胶的辐射迫力和气溶胶对气候变化的影响有非常重要的作用。消光系数是被测溶液和胶体对光的吸收大小值。被测溶液浓度高，溶液显色后颜色深，对光吸收大，光透射率低，反之就小。
在步骤S12中提到，获取气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值，并根据气溶胶后向散射系数的实际值、气溶胶消光系数的实际值、气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布。其中，气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值为当前状态下，通过计算确认出二者的理论值，并不是实际观察值。并根据气溶胶后向散射系数的理论值和实际值以及气溶胶消光系数的理论值和实际值反演气溶胶数密度浓度分布。
此外，根据气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度，可以通过对气溶胶数密度浓度分布积分得到气溶胶体积浓度，在通过气溶胶体积浓度获取气溶胶质量浓度。本实施例对此不作限定，只需将气溶胶质量浓度计算出来即可。在此基础上，步骤S14和步骤S15中提到，获取所处环境的径向风速，以反演三维风场。确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。这里所提到的所处环境为多普勒激光雷达所处的环境，根据激光雷达测量的径向风速进行矢量合成，以反演三维风场。分别确定三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，本实施例对二者脉动值的获取不作限定。然后根据涡动相关法的定义将两者相乘计算得到相应通量值。涡动相关法是根据湍流通量的原始定义，利用快速响应传感器直接测量风速、温度和湿度等状态变量的脉动值，然后进行相关统计平均得到湍流通量，是目前为止海气通量最直接的测量方法。
本实施例所提供的一种海气边界层飞沫通量剖面反演方法，应用于多普勒激光雷达，通过确定定标常数，并根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，获取气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值，并根据所获取的两个理论值与实际值反演气溶胶数密度浓度分布，获取气溶胶体积浓度以及气溶胶质量浓度，最后根据径向风速反演三维风场，并确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，从而获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。可见，此方法通过多普勒激光雷达以打破只能在固定高度进行反演的局面，并且通过径向风速反演三维风场，可以对海气边界层内的气溶胶通量探测，提高了探测性。
在具体实施例中，确定定标常数之前还需要对激光雷达原始回波信号进行校正，图2为本申请实施例提供的另一种海气边界层气溶胶的通量反演方法的流程图，如图2所示，在步骤S10之前还包括以下步骤。
S16：去除噪声；
S17：确定后向散射功率，并对后向散射功率归一化处理；
S18：校正距离平方、脉冲能量以及外差效率。
可以理解的是，确定定标常数之前如果不对激光雷达进行校正，后续的数据可能就不准确，对获取的通量值会有误差。因此，先将激光雷达自身的噪声去除，再确定后向散射功率，并对后向散射功率归一化处理，其次，校正距离平方、脉冲能量以及外差效率，从而完成整个校正的步骤。值得注意的是，本实施例提供的校正步骤只是一种优选的实施方式，并不对校正进行限定，对激光雷达的校正也可以根据具体的实施情况进行选择。
本实施例所提供的在确定定标常数之前去除噪声，确定后向散射功率，并对后向散射功率归一化处理，并校正距离平方、脉冲能量以及外差效率。可以看出，此方法提高了后续数据的准确性。
在上述实施例的基础上，对如何确定定标常数进行描述，确定定标常数的步骤包括：
以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代；
判断回波廊线是否收敛；
若是，对收敛后的回波信号进行积分，以获取第一气溶胶光学厚度；
获取第二气溶胶光学厚度，并根据第一气溶胶光学厚度和第二气溶胶光学厚度确定定标常数，其中，第一气溶胶光学厚度未经过校正，第二气溶胶光学厚度为测量值；
若否，返回以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代的步骤。
通过将分子后向散射系数廊线作为初始值输入，并对校正后的回波廊线进行迭代，迭代是重复反馈过程的活动，其目的通常是为了逼近所需目标或结果。每一次对过程的重复称为一次"迭代"，而每一次迭代得到的结果会作为下一次迭代的初始值。随后判断回波廊线是否收敛，若是，对收敛后的回波信号从地面至最高观测高度进行积分，本实施例所提到的最高观测角度为激光雷达可接收信号的最大范围。积分得到第一气溶胶光学厚度，第一气溶胶光学厚度为是未经过校正的气溶胶光学厚度。再通过确定定标常数这个器件同期观测的太阳光度计实测的第二气溶胶光学厚度进行对比，从而确定定标常数，第二气溶胶光学厚度为实际测量值。
本实施例所提供的确定定标常数的方法，通过以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代，判断回波廊线是否收敛，若是，对收敛后的回波信号进行积分，以获取第一气溶胶光学厚度，获取第二气溶胶光学厚度，并根据第一气溶胶光学厚度和第二气溶胶光学厚度确定定标常数。可以看出，此方法通过气溶胶光学厚度的实测值与未被校正的值计算出定标常数，确认方法比较容易实现。
在上述实施例的基础上，对如何获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值进行描述，主要步骤如下。
确定收敛后的回波信号与定标常数的乘积；
将乘积作为气溶胶后向散射系数的实际值；
根据气溶胶类型获取激光雷达比，将气溶胶后向散射系数的实际值与激光雷达比的乘积作为气溶胶消光系数的实际值。
可以理解的是，在确定定标常数之后，可以将收敛后的回波信号与定标常数相乘，并将乘积作为气溶胶后向散射系数的实际值。再根据气溶胶的类型获取对应的激光雷达比，将刚获取的气溶胶后向散射系数的实际值与激光雷达比的乘积作为气溶胶消光系数的实际值。
本实施例所提供的确定气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，通过确定收敛后的回波信号与定标常数的乘积；将乘积作为气溶胶后向散射系数的实际值，根据气溶胶类型获取激光雷达比，将气溶胶后向散射系数的实际值与激光雷达比的乘积作为气溶胶消光系数的实际值。可以看出，此方法可以比较准确的获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值。
在上述实施例的基础上，对如何获取气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值进行描述，主要包括如下步骤。
根据第一类Fredholm积分方程反演气溶胶光学特性，其中，气溶胶光学特性至少包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数以及气溶胶光学厚度；
在气溶胶粒径范围和复折射率范围内确定不同组的权重因子；
根据每个组的权重因子确定对应组的气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值。
其中，气溶胶光学特性一般包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数、气溶胶光学厚度等，其中气溶胶光学厚度可理解为气溶胶消光系数从近地面至大气层顶的积分，气溶胶光学特性反映的是气溶胶颗粒物对光的衰减程度。此外，第一类Fredholm积分方程如下：
Figure BDA0003565392150000101
其中，gi(λ)为气溶胶光学特性，包括气溶胶消光系数和气溶胶后向散射系数。气溶胶消光系数和气溶胶后向散射系数的内核频率为如下公式表示：
Figure BDA0003565392150000102
r表示气溶胶粒径，m表示复折射率，λ表示波长，s表示粒子形状。v(r)表示气溶胶体积浓度。
通过在气溶胶粒径范围和复折射率范围内，以固定间隔计算不同组的权重因子，并根据每个组的权重因子计算相应组的气溶胶后向散射系数以及气溶胶消光系数的理论值。
在上述实施例的基础上，对如何反演气溶胶数密度浓度分布进行描述，主要包括如下步骤。
获取各组的气溶胶消光系数和气溶胶后向散射系数的理论值与实际值的标准偏差；
获取最小标准偏差的组的权重因子，以反演气溶胶数密度浓度分布。
首先确定每个组的气溶胶消光系数和气溶胶后向散射系数的理论值与实际值的标准偏差，并将最小的标准偏差所在的组的气溶胶消光系数和气溶胶后向散射系数作为反演气溶胶数密度浓度分布的依据。将此组的权重因子作为最优的权重因子，以反演气溶胶数密度浓度分布。
此外，在获取气溶胶数密度浓度分布之后，根据气溶胶密度浓度分布获取气溶胶质量浓度，通过对整个粒径范围内的数密度分布进行积分，可以得到气溶胶体积浓度，并获取观测区域主导气溶胶的典型密度值。通过将气溶胶体积浓度与典型密度值相乘，将相乘结果作为气溶胶质量浓度。
在上述实施例中，对于海气边界层飞沫通量剖面反演方法进行了详细描述，本申请还提供海气边界层飞沫通量剖面反演装置对应的实施例。需要说明的是，本申请从两个角度对装置部分的实施例进行描述，一种是基于功能模块的角度，另一种是基于硬件的角度。
图3为本申请实施例提供的一种海气边界层飞沫通量剖面反演装置的结构图，如图3所示，海气边界层飞沫通量剖面反演装置包括：
第一确定模块14，用于确定定标常数；
第一获取模块15，用于根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值；
第二获取模块16，用于获取气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值，并根据气溶胶后向散射系数的实际值、气溶胶消光系数的实际值、气溶胶后向散射系数的理论值和气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布；
第三获取模块17，用于根据气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度；
第四获取模块18，用于获取所处环境的径向风速，以反演三维风场；
第二确定模块19，用于确定三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。
本实施例所提供的海气边界层飞沫通量剖面反演装置包括，第一确定模块、第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块、第四获取模块以及第二确定模块，用于实现海气边界层飞沫通量剖面反演方法的步骤，其通过确定定标常数，并根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，获取气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值，并根据所获取的两个理论值与实际值反演气溶胶数密度浓度分布，获取气溶胶体积浓度以及气溶胶质量浓度，最后根据径向风速反演三维风场，并确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，从而获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。可见，此方法通过多普勒激光雷达以打破只能在固定高度进行反演的局面，并且通过径向风速反演三维风场，可以对海气边界层内的气溶胶通量探测，提高了探测性。
图4为本申请另一实施例提供的海气边界层飞沫通量剖面反演装置的结构图，如图4所示，海气边界层飞沫通量剖面反演装置包括：存储器20，用于存储计算机程序；
处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述实施例中所提到的海气边界层飞沫通量剖面反演方法的步骤。
本实施例提供的海气边界层飞沫通量剖面反演装置可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。
其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以集成有图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括人工智能(Artificial Intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的海气边界层飞沫通量剖面反演方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作***202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作***202可以包括Windows、Unix、Linux等。数据203可以包括但不限于海气边界层飞沫通量剖面反演方法的数据等。
在一些实施例中，海气边界层飞沫通量剖面反演装置还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构并不构成对海气边界层飞沫通量剖面反演装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
本实施例所提供的海气边界层飞沫通量剖面反演装置包括存储器和处理器，存储器用于存储海气边界层飞沫通量剖面反演方法的程序，处理器用于执行海气边界层飞沫通量剖面反演方法的程序，其通过确定定标常数，并根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，获取气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值，并根据所获取的两个理论值与实际值反演气溶胶数密度浓度分布，获取气溶胶体积浓度以及气溶胶质量浓度，最后根据径向风速反演三维风场，并确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，从而获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。可见，此方法通过多普勒激光雷达以打破只能在固定高度进行反演的局面，并且通过径向风速反演三维风场，可以对海气边界层内的气溶胶通量探测，提高了探测性。
最后，本申请还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。
可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质，通过将海气边界层飞沫通量剖面反演方法的程序存储于计算机可读存储介质中，并执行，其通过确定定标常数，并根据定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，获取气溶胶后向散射系数和气溶胶消光系数的理论值，并根据所获取的两个理论值与实际值反演气溶胶数密度浓度分布，获取气溶胶体积浓度以及气溶胶质量浓度，最后根据径向风速反演三维风场，并确认三维风速的脉动值与气溶胶质量浓度的脉动值，从而获取用于表征气溶胶质量浓度的通量值。可见，此方法通过多普勒激光雷达以打破只能在固定高度进行反演的局面，并且通过径向风速反演三维风场，可以对海气边界层内的气溶胶通量探测，提高了探测性。
以上对本申请所提供的海气边界层飞沫通量剖面反演方法、装置及介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，应用于多普勒激光雷达，包括：
确定定标常数；
根据所述定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值；
获取所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值，并根据所述气溶胶后向散射系数的实际值、所述气溶胶消光系数的实际值、所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布；
根据所述气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度；
获取所处环境的径向风速，以反演三维风场；
确定三维风速的脉动值与所述气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征所述气溶胶质量浓度的通量值。
2.根据权利要求1所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，在所述确定定标常数之前，还包括：
去除噪声；
确定后向散射功率，并对所述后向散射功率归一化处理；
校正距离平方、脉冲能量以及外差效率。
3.根据权利要求2所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，所述确定定标常数包括：
以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代；
判断所述回波廊线是否收敛；
若是，对收敛后的回波信号进行积分，以获取第一气溶胶光学厚度；
获取第二气溶胶光学厚度，并根据所述第一气溶胶光学厚度和所述第二气溶胶光学厚度确定所述定标常数，其中，所述第一气溶胶光学厚度未经过校正，所述第二气溶胶光学厚度为测量值；
若否，返回所述以分子后向散射系数廓线作为初始值输入，对校正后的回波廓线进行迭代的步骤。
4.根据权利要求3所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，所述根据所述定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值，包括：
确定收敛后的回波信号与所述定标常数的乘积；
将所述乘积作为所述气溶胶后向散射系数的实际值；
根据气溶胶类型获取激光雷达比，将所述气溶胶后向散射系数的实际值与所述激光雷达比的乘积作为所述气溶胶消光系数的实际值。
5.根据权利要求3所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，所述获取所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值，包括：
根据第一类Fredholm积分方程反演气溶胶光学特性，其中，所述气溶胶光学特性至少包括所述气溶胶后向散射系数、所述气溶胶消光系数以及气溶胶光学厚度；
在气溶胶粒径范围和复折射率范围内确定不同组的权重因子；
根据各组的所述权重因子确定对应组的所述气溶胶后向散射系数和所述气溶胶消光系数的理论值。
6.根据权利要求5所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，反演所述气溶胶数密度浓度分布，包括：
获取各组的所述气溶胶消光系数和所述气溶胶后向散射系数的理论值与实际值的标准偏差；
获取最小标准偏差的组的所述权重因子，以反演所述气溶胶数密度浓度分布。
7.根据权利要求5所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法，其特征在于，所述根据所述气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度，包括：
对所述粒径范围内的所述气溶胶数密度浓度分布进行积分，以得到所述气溶胶体积浓度；
获取主导气溶胶的典型密度值；
确定所述气溶胶体积浓度与所述典型密度值的乘积，以作为所述气溶胶质量浓度。
8.一种海气边界层气溶胶的通量反演装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定定标常数；
第一获取模块，用于根据所述定标常数获取气溶胶后向散射系数的实际值和气溶胶消光系数的实际值；
第二获取模块，用于获取所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值，并根据所述气溶胶后向散射系数的实际值、所述气溶胶消光系数的实际值、所述气溶胶后向散射系数的理论值和所述气溶胶消光系数的理论值反演气溶胶数密度浓度分布；
第三获取模块，用于根据所述气溶胶数密度浓度分布获取气溶胶质量浓度；
第四获取模块，用于获取所处环境的径向风速，以反演三维风场；
第二确定模块，用于确定三维风速的脉动值与所述气溶胶质量浓度的脉动值，以获取用于表征所述气溶胶质量浓度的通量值。
9.一种海气边界层气溶胶的通量反演装置，其特征在于，包括存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的海气边界层气溶胶的通量反演方法的步骤。
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