【摘 要】
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大气气溶胶是最重要的空气污染物之一,对人类健康产生负面的影响。随着主动遥感探测技术的发展,激光雷达探测是实现颗粒物分布高精度测量的可行手段,大气探测领域中越来越凸显出其重要的作用,已成为气象和环保部门用于探测气溶胶的重要产品。激光雷达由于受信噪比、系统稳定性、大气突变信号等问题影响,在广泛应用上仍然存在一定的技术瓶颈,对激光雷达反演结果的精确要求以及探测技术的改进开展研究具有一定的意义。当激光探测
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大气气溶胶是最重要的空气污染物之一,对人类健康产生负面的影响。随着主动遥感探测技术的发展,激光雷达探测是实现颗粒物分布高精度测量的可行手段,大气探测领域中越来越凸显出其重要的作用,已成为气象和环保部门用于探测气溶胶的重要产品。激光雷达由于受信噪比、系统稳定性、大气突变信号等问题影响,在广泛应用上仍然存在一定的技术瓶颈,对激光雷达反演结果的精确要求以及探测技术的改进开展研究具有一定的意义。当激光探测路径上存在消光系数很大的云雾、烟尘或硬目标时,其引起的突变信号强烈到一定程度时,使用Fernald法后向积分反演消光系数会在突变信号后向数据中产生明显的反演误差。本文基于Fernald法改进一种新的反演方法,即依据Fernald后向积分反演误差收敛可得到稳定解的特点,通过对激光雷达信号反演迭代拼接的方法,可高效优化存在突变信号时反演消光系数的误差,改进结果与传统算法进行比对,结果表明使用新的反演方法相较于传统算法在垂直和水平探测数据上分别将被优化的部分数据提高了71%和96%,验证了该方法具有一定的可行性。以往的研究往往基于线性关系或者指数关系来利用气溶胶消光系数反演PM2.5、PM10质量浓度,忽视了诸多气象因素的影响。本文利用激光雷达水平发射反演得到的消光系数,结合温、湿、风、压等地面气象要素,与PM2.5、PM10质量浓度建立数据集;通过主成分分析法计算其数据特征,基于广义回归神经网络（GRNN）对PM2.5、PM10质量浓度建立评价模型;模型检验结果表明,GRNN模型对PM2.5、PM10质量浓度评价值与真实值相关系数分别达到0.86、0.85,均方根误差（RMSE）分别为2.58μg/m~3、10.84μg/m~3,平均绝对误差（MAE）为0.81μg/m~3、1.53μg/m~3。将GRNN模型应用于激光雷达扫描模式下,对南京市浦口区颗粒物质量浓度水平分布进行了评价,评价值和实际站点值一致性较好,进一步验证了GRNN模型用于颗粒物质量浓度评价的有效性。最后利用两套米散射激光雷达对南京市浦口区进行水平扫描观测和垂直连续观测,结合本地温湿风压以及消光系数,并将GRNN模型应用于评价PM2.5、PM10质量浓度,结合CALIPSO、MODIS、地面环境监测站等多源气象资料评估了南京一次沙尘污染输入影响,揭示了该区域气溶胶污染的水平和垂直分布特征,为该区域气溶胶污染的潜在来源提供了一些证据。
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