3、利用统计技术研究大气边界层的激光雷达信号

利用统计技术研究大气边界层的激光雷达信号

1. 引言

行星边界层的地表强迫作用对地球大气层中最接近地表且最深的部分——对流层产生影响。对流层中的湍流导致温度、湿度、风切变和污染物颗粒高度多变。由于地表摩擦，大气边界层（ABL）中的风比上方的风弱，并且倾向于吹向低压区域。在印度次大陆，对流边界层高度（CBLH）在冬季和季风季节较低，而在阳光充足的日子里较高，这是因为夏季较暖的下层空气与冷空气混合产生对流。这种现象表明太阳加热会影响CBLH，因此CBL也被称为白天行星边界层。

对流是通过空气混合形成暖空气泡或涡旋而发生的。局部风切变产生的小涡旋会导致地表层出现湍流，其行为完全随机；而混合层中的湍流是由较大的暖空气泡引起的，并非完全随机。由于湍流过程是非确定性的，使用统计方法等可靠技术来找出边界层的变异性及其关键参数CBLH是有益的。

研究CBLH所使用的信号是大气的总后向散射信号，它代表了气溶胶和分子后向散射的组合。为了使用统计方法，需要高分辨率的仪器，因此选择了激光雷达（Light Detection and Ranging）。利用激光雷达检测ABL高度的概念基于这样一个假设：CBL与自由大气中气溶胶浓度存在强烈梯度。定义新技术的重要性在于，该方法适用于单次扫描数据并使用空间平均，而方差方法需要多次扫描来识别方差并使用时间平均。

在通过统计技术找到CBLH后，我们将尝试研究整个边界层的行为，而不仅仅是CBL部分。直方图和分布方法可以很好地实现这一目的，即可以使用每个信号的最佳拟合分布列表来研究边界层的行为。在获得所有可能的分布列表后，需要检查信号是否有特定范围遵循特定分布，或者信号是否随机遵循分布。为了手动找到任何边界层结构的后向散射信号分布，需要引入一种在实际