武汉上空夹卷层厚度和对流边界层高度的偏振激光雷达观测研究

论文摘要

地球表面是大气层的底部边界,受该边界影响最大的大气部分称为大气边界层,或简称边界层。边界层的厚度在空间和时间上的变化剧烈,通常为1或2千米厚(即占据对流层底部的10%至20%),其范围可以从数十米到4千米,甚至更高。边界层的湍流和自由大气之间夹入一个强稳定层,被称为夹卷层,或覆盖逆温。这个强稳定层可以捕获其下方的湍流,污染物和水分,并可以阻止污染物的向上扩散。本文简单介绍了激光雷达的工作原理和基本结构,详细论述了武汉大学偏振激光雷达的组成结构、探测技术及其在大气探测中的应用。基于地基偏振激光雷达和自动气象站2011年1月至2017年12月对武汉中心城区的观测资料,对中国中部超大城市的对流边界层高度与夹卷层厚度的变化特征进行了观测研究。使用Fernald方法,对激光雷达回波信号进行数据反演,并获得1min时间分辨率和30m空间分辨率的气溶胶后向散射比剖面,通过方差法确定了对流边界层的高度,并且夹卷层厚度被气溶胶后散比的标准差剖面的标准差所截取。经研究发现,武汉上空对流边界层高度和夹卷层厚度的季节变化特征尤为明显。对流边界层顶的季节平均高度分别为:春季1.14km,夏季1.25km,秋季1.06km,冬季0.74km;夹卷层厚度的季节平均厚度为:春季0.40km,夏季0.51km,秋季0.34km,冬季0.26km。这些特征与武汉地区地表温度的周年变化特征具有很强的相关性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第二章 大气气溶胶及其探测方法
•   2.1 大气气溶胶分布及其影响
•   2.2 气溶胶的探测方法
•     2.2.1 气溶胶被动式遥感探测
•     2.2.2 气溶胶主动式遥感探测
•   2.3 气溶胶探测激光雷达
•     2.3.1 气溶胶粒子的散射特性
•     2.3.2 大气探测激光雷达的种类
• 第三章 仪器和数据反演
•   3.1 532 -nm偏振激光雷达
•     3.1.1 系统结构及基本原理
•     3.1.2 系统的通道增益比
•   3.2 自动气象站
•   3.3 偏振激光雷达数据处理
•     3.3.1 激光雷达方程
•     3.3.2 气溶胶相关参数的反演
• 第四章 夹卷层厚度和对流边界层高度的探测
•   4.1 大气边界层简介
•   4.2 观测数据
•   4.3 夹卷层厚度和对流边界层高度的反演
•   4.4 夹卷层厚度和对流边界层高度的日变化
•     4.4.1 夹卷层厚度和对流边界层高度的冬季日变化例子
•     4.4.2 夹卷层厚度和对流边界层高度的夏季日变化例子
•   4.5 夹卷层厚度和对流边界层高度的季节变化
•     4.5.1 夹卷层厚度和对流边界层高度季节变化及其关系
•     4.5.2 夹卷层厚度和地表温度季节变化及其关系
•     4.5.3 夹卷层厚度和地表温度季节变化及其关系
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻硕期间的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王鹏辉

导师: 易帆

关键词: 偏振激光雷达,气溶胶,对流边界层,夹卷层,方差法

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 武汉大学

分类号: P412.25

总页数: 61

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