基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法

本发明涉及大气参数测量，具体是基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法。

背景技术：

1、随着科技不断地进步，在享受科技进步带来的红利的同时，环境却遭到了破坏，尤其是大气环境。大量的污染气体不断地排放到空气中，导致大气环境中的气体成分不断地破坏；而人类的呼吸需要稳定的大气成分，因此为了确保人类的健康，有必要对大气环境进行实时监测。

2、现有的大气参数检测方法一般都是利用米散射激光雷达作为一种主动遥感技术，通过发射激光脉冲与大气粒子相互作用，并接收产生的回波信号来获取大气参数。在对接收的回波信号进行处理时，人们通常采用fernald算法求解激光雷达方程，从而反演出关于大气的消光系数、光学厚度和透过率。fernald方法需要通过假设气溶胶的激光雷达比，从而得到反演解。但激光雷达比与诸多因素，如气溶胶粒子的折射率、尺寸、形态和组成等的分布有关，而实际气溶胶粒子的折射率、尺寸、形态和组成参数的差异很大，使得相应的激光雷达比很难确定，从而导致通过fernald算法计算的大气参数结果的误差非常大，进而无法准确地对大气环境进行监测。

技术实现思路

1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法。本发明能够获得所处位置的多个大气参数时空演化特性，进而对大气环境进行准确的监测。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，包括以下步骤：

4、s1、将各数字式电子探空仪沿着缆绳的长度依次安装在探空气球的缆绳上，并且在预定的地点安置接收数字式电子探空仪信号的地面接收器及数据处理端；

5、s2、通过缆绳按照预定速度匀速释放探空气球；

6、s3、待探空气球上升至指定高度后，各数字式电子探空仪将各自所在高度位置测量的大气参数通过无线方式传输给地面接收器，大气参数包括温度、气压、相对湿度、风速、风向、温度结构常数和大气折射率结构常数；

7、s4、地面接收器将信号传递给数据处理端，数据处理端整合所获大气参数和对应高度的阵列数据，实现大气参数同一高度的时间演化特性和同一时段随高度分布特性的获取。

8、作为本发明再进一步的方案：所述温度结构常数的测量过程如下：

9、s51、数字式电子探空仪测量温度使用的是热敏电阻，分别获取不同各数字式电子探空仪所在高度的热敏电阻的阻值；

10、s52、通过电阻计算公式计算该电阻所在高度的温度，计算公式如下：

11、

12、其中，ti为第i个高度处的温度；ri为第i个高度处的热敏电阻的阻值；tref为参考温度；ri,ref为参考温度下第i个高度处的热敏电阻的参考阻值；α为温度系数；

13、s53、接着将计算出的温度带入温度结构常数计算公式中计算得到温度结构常数，该计算公式如下：

14、

15、其中，ti为第i个高度处的温度；tj为第j个高度处的温度；为第i个高度和第j个高度之间的温度结构常数；li,j为第i个高度和第j个高度之间的高度差。

16、作为本发明再进一步的方案：所述折射率结构常数的测量过程如下：

17、将获得的温度结构常数带入到折射率结构常数的计算公式中计算，该计算公式如下：

18、

19、其中，为第i个高度和第j个高度之间的折射率结构常数；p为标准大气压，t为绝对温度。

20、作为本发明再进一步的方案：测量的温度的范围为[-90℃,50℃]；在温度范围为[-90℃,-70℃]时，温度的计算精度值小于等于0.3℃；在温度范围为[-70℃,50℃]时，温度的计算精度值小于等于0.2℃。

21、作为本发明再进一步的方案：测量的气压的范围为[20hpa,1060hpa]；在气压范围为[20hpa,500hpa]时，气压的计算精度值小于等于0.7hpa；在气压范围为[500hpa,1060hpa]时，气压的计算精度值小于等于1.5hpa。

22、作为本发明再进一步的方案：量的相对湿度的范围为[1％,100％]；在温度高于零下25℃时，相对湿度的计算精度值小于等于4％；在温度低于零下25℃时，相对湿度的计算精度值小于等于8％。

23、作为本发明再进一步的方案：测量的风速的范围为[0,150m/s]，风速的计算精度值小于0.3m/s。

24、作为本发明再进一步的方案：测量的风向的角度范围为[0,360°]，风向的计算精度值小于3°。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、本发明可获取大气参数同一高度的时间演化特性和同一时段随高度分布特性，且不存在假设前提。

27、2、本发明实现了多个数字式电子探空仪对一个地面接收器的创新，设备简单，使用方便，自动化程度好，测量精度高。

技术特征：

1.基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，所述温度结构常数的测量过程如下：

3.根据权利要求2所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，所述折射率结构常数的测量过程如下：

4.根据权利要求1或2或3所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，测量的温度的范围为[-90℃,50℃]；在温度范围为[-90℃,-70℃]时，温度的计算精度值小于等于0.3℃；在温度范围为[-70℃,50℃]时，温度的计算精度值小于等于0.2℃。

5.根据权利要求4所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，测量的气压的范围为[20hpa,1060hpa]；在气压范围为[20hpa,500hpa]时，气压的计算精度值小于等于0.7hpa；在气压范围为[500hpa,1060hpa]时，气压的计算精度值小于等于1.5hpa。

6.根据权利要求5所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，测量的相对湿度的范围为[1％,100％]；在温度高于零下25℃时，相对湿度的计算精度值小于等于4％；在温度低于零下25℃时，相对湿度的计算精度值小于等于8％。

7.根据权利要求6所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，测量的风速的范围为[0,150m/s]，风速的计算精度值小于0.3m/s。

8.根据权利要求7所述的基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，其特征在于，测量的风向的角度范围为[0,360°]，风向的计算精度值小于3°。

技术总结
本发明涉及大气参数测量技术领域，具体是基于时序通断的大气参数时空演化特性获取方法，包括以下步骤：将各数字式电子探空仪沿着缆绳的长度依次安装在探空气球的缆绳上，并且在预定的地点安置接收数字式电子探空仪信号的地面接收器及数据处理端；通过缆绳按照预定速度匀速释放探空气球；待探空气球上升至指定高度后，各数字式电子探空仪将各自所在高度位置测量的大气参数通过无线方式传输给地面接收器；地面接收器将信号传递给数据处理端，数据处理端整合所获大气参数和对应高度的阵列数据，实现大气参数同一高度的时间演化特性和同一时段随高度分布特性的获取；本发明能够获得所处位置的多个大气参数时空演化特性。

技术研发人员：胡志远,邵士勇,许满满,汤沛
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14