CALIOP数据在气溶胶与海面风速关系研究和星载激光相干测风仿真的应用

摘要

正交偏振云-气溶胶激光雷达CALIOP是CALIPSO卫星的主要载荷，可提供全球范围内气溶胶和云的高精度、高分辨率三维观测数据。本文旨在利用CALIOP星载激光雷达气溶胶三维观测数据，研究全球范围内气溶胶的空间分布。通过气溶胶空间分布信息和气溶胶分类信息，研究和分析海洋上空气溶胶与海面风速间关系，包括光学厚度和气溶胶高度与海面风速的研究。首次将CALIOP实际观测的气溶胶后向散射系数三维分布数据应用于星载相干多普勒测风激光雷达的性能仿真之中。
　　利用CALIOP L2 V3.012008年-2010年气溶胶分层数据产品和2008年气溶胶剖面数据产品的夜间数据，进行统计分析，得到气溶胶出现概率、气溶胶分层情况、气溶胶层顶高度、气溶胶光学厚度、气溶胶后向散射系数、气溶胶标高的全球分布和海上各类型气溶胶位置分布。
　　结合与CALIPSO卫星准同步AQUA卫星的AMSR-E海面风速数据，研究全球海洋上空波长为532nm的气溶胶光学厚度和海面风速间的关系。研究结果表明，两者关系不随季节和年份变化，且受气溶胶类型影响较小，与纯海洋性气溶胶光学厚度与风速关系相近。光学厚度与风速关系主要受风速纬度分布的影响，以纯海洋性气溶胶进行研究，在不考虑4 m/s以下风速时，光学厚度与海表面风速在不同纬度带内成线性关系，随着纬度的增加线性斜率减少，文中4个纬度带的斜率范围是0.005-0.0086。纯海洋性气溶胶层顶高度同光学厚度一样，与风速的关系受风速纬度分布的影响，大体成线性关系，随纬度增加斜率降低。气溶胶标高数据因数据量较少，与海面风速关系并不明显。
　　将2008年CALIOP测量的气溶胶后向散射系数三维分布数据取代传统仿真中的气溶胶模型数据，根据相干多普勒激光雷达外差探测理论、测风性能评估参数模型，及后向散射系数波长转换公式，对晴空条件下的2.1μm相干多普勒测风激光雷达的测风性能进行了计算机仿真研究。仿真结果表明，对于本文所采用的激光雷达参数，相干测风激光雷达在全球范围内2km以下的空间可获得均方根误差小于1m/s的风速测量结果，且好的测量结果占百分比在90％以上。在南纬20°至北纬60°间，能够获得好的风速测量结果的垂直高度较高，最高可达6km。仿真实验结果表明对于星载相干多普勒测风激光雷达采用可实现的系统设计、适当的性能指标设定、合理系统参数选择，从太空对对流层底的全球风速相干激光测量是可行的。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究动态

1.3主要研究内容和结构安排

2数据介绍

2.1CALIOP数据

2.2 AMSR-E数据

3气溶胶空间分布

3.1气溶胶出现概率

3.2气溶胶层顶高度分布

3.3 气溶胶光学厚度

3.4气溶胶后向散射系数

3.5气溶胶标高

3.6海洋上空气溶胶分类

4海洋上空气溶胶与海面风速关系

4.1气溶胶光学厚度与AMSR-E风速关系

4.2气溶胶层顶高度与AMSR-E风速关系

4.3气溶胶标高与AMSR-E风速关系

5气溶胶观测数据应用于相干多普勒测风激光雷达性能仿真

5.1相干多普勒测风激光雷达原理及测风性能评估

5.2 相干激光测风仿真及结果分析

6结论与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果