银川地区气溶胶光学、微物理特性参数及其垂直分布反演研究和实验观测

In order to research the vertical profiles optical and micro physical properties and time evolution of aerosol particles, replying on the advantages of technology and talents of Beifang Univesity for Nationalities in lidar atmospheric remote sensing, the project will propose a novel data fusion algorithm combined with the sun photometer and multi wavelength polarized lidar for detecting the vertical profile of optical and micro physical parameters of spherical and non spherical particles, and study the particles distribution inversion algorithm for non spherical dust particles based on the T matrix in independent model and the aerosol particle size distribution inversion algorithm based on wavelet method. Moreover the observation for aerosol number concentration and mass concentration and the lidar noise reduction algorithm based on adaptive wavelet neural network are investigated in depth. For verifying the feasibility of algorithms mentioned above, some experimental observations will be carried out in Yinchuan area. This project will attempt to provide a feasible method for scholars of non EARLINET and AERONET observation network in studying the vertical profile of aerosol optical and micro physical parameters, and make the beneficial exploration for optical, micro physical characteristics and the temporal and spatial distribution of the dust particles and particulate pollutant, provide an effective scientific basis for understanding of the aerosol climate effect, and offer the effective research basis for further attempting to establish aerosol model of this region in future.

为深入研究银川地区沙尘、颗粒污染物光学、微物理特性参数及其垂直分布结构、时间演化规律，本项目将依托北方民族大学在激光雷达大气遥测方面的技术手段和人才力量，深入开展太阳光度计与多波长偏振激光雷达数据融合算法对球形、非球形粒子光学、微物理参数垂直分布廓线反演方法研究、独立模式下基于T矩阵的非球形沙尘粒子谱反演算法研究、基于小波方法的气溶胶粒子谱反演算法研究，同时开展气溶胶数浓度和质量浓度观测研究、基于自适应小波神经网络的激光雷达信号消噪算法研究，并在银川地区展开实验观测及验证。本项目将尝试为非EARLINET和AERONET观测网的学者研究气溶胶光学、微物理参数垂直廓线提供一种可行的方法，以期对该地区沙尘、污染颗粒物的光学、微物理特征及时空分布进行有益的探索，同时，项目的实施对于理解气溶胶对大气相关过程的直接和间接效应具有重要的意义，为今后尝试建立适合该地区的气溶胶模式提供有效的前期研究基础。

本项目自立项以来，依托宁夏激光雷达大气遥感创新团队自行研制的多波长拉曼偏振激光雷达以及CE-318太阳光度计、空气动力学粒径谱仪以及激光粉尘仪等技术手段，项目组按照计划书的研究内容开展相关研究工作，到目前为止，完成了计划书预定的各项研究计划，包括基于自适应小波神经网络的激光雷达信号消噪、基于小波分析的气溶胶粒子谱反演算法、六通道多波长偏振拉曼激光雷达系统的研制及探测、太阳光度计与多波长偏振激光雷达数据融合算法、气溶胶粒子光学微物理参数垂直分布廓线反演方法、非球形沙尘气溶胶粒子谱反演算法以及沙尘、颗粒污染物气溶胶数浓度和质量浓度观测等研究，并在银川地区开展大量相关实验研究。本项目对银川地区沙尘气溶胶、颗粒污染物的光学、微物理特征以及时空分布进行了有益的研究探索，研究成果对于理解气溶胶对大气相关过程的直接和间接效应具有重要的科学意义，为今后进一步尝试建立适合该地区的气溶胶模式提供了有效的前期研究基础。.本项目研究期间，在国内外期刊发表论文12篇，其中10篇被SCI检索，3篇被EI检索；发表国际会议论文2篇，被EI检索2篇；中文核心期刊1篇；获得宁夏自然科学优秀论文评选三等奖1篇。获得授权发明专利1项、实用新型专利6项，并申请国家发明专利8项。本项目培养与研究内容相关的硕士研究生毕业11名（孙颖、张志勇、王朝飞、秦雪珍、殷利庆、刘凯、蔡思宇、刘佳博、陈蕾、朱亚召、郭嘉玺），在读2名博士研究生（王强、张怡）；目前有在读硕士12名（成潇、郭震、曹震、牛文琦、薛李娜、任雅丽、张策、石佳园、胡明欢、卢雨晴、董翔宇、李顺），研究方向均为激光雷达大气遥感探测；培养青年教师7名（赵虎、盛洪江、张白、周春艳、丁黎明、巩鑫、饶志敏），均主持有与激光雷达相关的科研项目。此外，2017年8月，本项目组成功举办了“2017年激光雷达专题研讨会”。