机载CO2测量激光雷达仿真及实验研究

论文摘要

CO2等温室气体浓度的增加被认为是影响地球气候和各种气候变化的主要因素之一。对大气温室气体（GHG）进行准确的测量可以使人民更好地了解全球气候变化,特别是大气层与生物圈和海洋之间的温室气体交换,并且可以验证温室气体探测卫星的测量精度,这将有效限制温室气体的排放。本文首先简要介绍了主被动遥感的方式探测二氧化碳的研究背景和国内外相关动态。并介绍了路径积分差分吸收激光雷达的工作原理和反演方法。重点讨论了地表反射率和气溶胶光学厚度对于星载/机载激光雷达的回波功率、信噪比和相对随机误差的影响,结果表明:在给定的星载激光雷达系统参数下,得到的单脉冲回波功率范围为0.299nW321nW;单脉冲回波探测器输出信噪比在23以上,而累计148次（陆地）/296次（海洋）脉冲的探测器输出信噪比在26dB以上;撒哈拉沙漠及阿拉伯半岛附近的海域由于低的地表反射率和较高的气溶胶光学厚度贡献了最大的相对随机误差,从季节上看,北半球春季的最大相对随机误差最大,达到了0.22%（0.88ppm）,满足1ppm最大随机误差探测需求。我们建立一套星载激光雷达的机载缩比模型,用以对星载系统进行论证。在给定的机载激光雷达系统参数下,得到的单脉冲回波功率范围为2.1nW502.5nW;单脉冲回波探测器输出信噪比在41以上,而累计148次（陆地）/296次（海洋）脉冲的探测器输出信噪比在27dB以上;从季节上看,春季的最大相对随机误差最大,达到了0.15%（0.6ppm）,可以用于验证星载系统。初步评估了给出的激光雷达系统参数在全球范围测量性能,为开展相关研究给出了参考数据。2018年底至2019年初,在西安和山海关进行了机载校飞实验,对一次在山海关的7km飞行试验个例的一部分平飞阶段进行了分析,初步反演结果表明该平飞阶段差分吸收光学厚度（DAOD）的值为0.4337,得到的CO2柱浓度为419±2ppm,标准偏差为3.7687ppm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 被动遥感方式探测温室气体的相关研究进展
•     1.2.2 主动遥感探测二氧化碳的相关研究进展
•   1.3 主动遥感的优势
•   1.4 机载验证的必要性
•   1.5 本文的主要内容
• 第二章 IPDA激光雷达探测原理
•   2.1 IPDA激光雷达探测原理
• 2方法和原理'>  2.2 IPDA激光雷达反演CO₂方法和原理
• 2吸收光谱模拟'>  2.3 CO₂吸收光谱模拟
•     2.3.2 光谱函数
•     2.3.3 美国标准大气模型USSA76
• 2吸收光谱计算'>    2.3.4 CO₂吸收光谱计算
• 2吸收截面查找表'>    2.3.5 建立CO₂吸收截面查找表
•   2.4 信噪比和相对随机误差
•   2.5 IPDA激光雷达探测系统的优势
•   2.6 本章小结
• 第三章 大气和陆地模型参数
•   3.1 全球地表反射率
•   3.2 气溶胶光学厚度全球分布
•   3.3 温湿压廓线
•   3.4 本章小结
• 第四章 系统仿真
•   4.1 星载/机载系统参数介绍
•   4.2 星载系统仿真
•   4.3 机载系统仿真
•   4.4 本章小结
• 第五章 实验及个例分析
•   5.1 IPDA激光雷达探测系统
•     5.1.1 发射系统
•     5.1.2 接收系统
•     5.1.3 其他辅助设备
•   5.2 机载数据反演方法
•   5.3 个例分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
•   6.1 主要结论与讨论
•   6.2 本文创新点
•   6.3 本文不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨巨鑫

导师: 卜令兵,刘继桥

关键词: 路径积分差分吸收激光雷达,地表反射率,气溶胶光学厚度,信噪比,相对随机误差

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 南京信息工程大学

分类号: X87;P407

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000498

总页数: 66

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