Un método mejorado de recuperación de perfil CH para Lidar de absorción diferencial basado en tierra
Autores: Fan, Lu; Wan, Yong; Dai, Yongshou
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un método mejorado de recuperación de perfil CH para Lidar de absorción diferencial basado en tierra
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Medición de concentración de CH
Modelos físicos y químicos atmosféricos
Precisión de inversión lidar
Ajuste de spline cúbico suavizado
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
La medición de la concentración de CH resuelta por rango es un dato importante para los modelos físicos y químicos atmosféricos. El lidar de absorción diferencial (DIAL) basado en tierra puede medir la distribución vertical de la concentración de CH en la atmósfera. El método tradicional utiliza datos de observación de lidar y la ecuación de lidar para calcular perfiles, pero la precisión de la inversión se ve muy afectada por el ruido. Aunque algunos métodos de eliminación de ruido pueden mejorar la precisión a bajas altitudes, la baja relación señal-ruido causada por el efecto de dispersión Mie de aerosoles y las menores concentraciones de aerosoles a altas altitudes no se pueden resolver. Aquí, se propone un método mejorado de inversión de perfil de concentración de CH mediante ajuste de spline cúbico suavizado para abordar este desafío. Al agregar un término de penalización de la segunda derivada de la función de spline cúbico convencional a la función objetivo, este término de penalización actúa para suavizar el ajuste, permitiendo que la función de ajuste evite necesariamente pasar por esos puntos de muestreo ruidosos. Esto evita las grandes fluctuaciones causadas por puntos de muestreo ruidosos, suprime efectivamente el ruido, captura señales con niveles de ruido más bajos y, por lo tanto, mejora la precisión de la inversión de los perfiles. Simulaciones y estudios de caso demostraron la superioridad del método propuesto. En comparación con el método tradicional, el ajuste de spline cúbico suavizado puede reducir el error medio de todo el perfil de CH en un 85.54%. La desviación estándar de la concentración de CH recuperada es de 3.59 ppb-90.29 ppb y 0.01 ppb-6.75 ppb menor que el método tradicional y el ajuste de Chebyshev, respectivamente. Tres casos reales también indican que la concentración de CH recuperada mediante ajuste de spline cúbico suavizado es más consistente con las mediciones in situ. Además, las observaciones DIAL a largo plazo también han revelado tendencias diurnas y estacionales notables en la concentración de CH en los sitios de observación.
Descripción
La medición de la concentración de CH resuelta por rango es un dato importante para los modelos físicos y químicos atmosféricos. El lidar de absorción diferencial (DIAL) basado en tierra puede medir la distribución vertical de la concentración de CH en la atmósfera. El método tradicional utiliza datos de observación de lidar y la ecuación de lidar para calcular perfiles, pero la precisión de la inversión se ve muy afectada por el ruido. Aunque algunos métodos de eliminación de ruido pueden mejorar la precisión a bajas altitudes, la baja relación señal-ruido causada por el efecto de dispersión Mie de aerosoles y las menores concentraciones de aerosoles a altas altitudes no se pueden resolver. Aquí, se propone un método mejorado de inversión de perfil de concentración de CH mediante ajuste de spline cúbico suavizado para abordar este desafío. Al agregar un término de penalización de la segunda derivada de la función de spline cúbico convencional a la función objetivo, este término de penalización actúa para suavizar el ajuste, permitiendo que la función de ajuste evite necesariamente pasar por esos puntos de muestreo ruidosos. Esto evita las grandes fluctuaciones causadas por puntos de muestreo ruidosos, suprime efectivamente el ruido, captura señales con niveles de ruido más bajos y, por lo tanto, mejora la precisión de la inversión de los perfiles. Simulaciones y estudios de caso demostraron la superioridad del método propuesto. En comparación con el método tradicional, el ajuste de spline cúbico suavizado puede reducir el error medio de todo el perfil de CH en un 85.54%. La desviación estándar de la concentración de CH recuperada es de 3.59 ppb-90.29 ppb y 0.01 ppb-6.75 ppb menor que el método tradicional y el ajuste de Chebyshev, respectivamente. Tres casos reales también indican que la concentración de CH recuperada mediante ajuste de spline cúbico suavizado es más consistente con las mediciones in situ. Además, las observaciones DIAL a largo plazo también han revelado tendencias diurnas y estacionales notables en la concentración de CH en los sitios de observación.