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结合辐射传输模式和机器学习技术发展云与气溶胶的激光雷达快速正反演算法

批准号:
42075127
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
周晨
依托单位:
学科分类:
行星大气
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周晨

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
申请人计划结合辐射传输模式和深度学习技术发展云与气溶胶的激光雷达快速正反演算法。首先,结合散射数值模式、实验室测量数据、非弹性激光雷达观测数据研究云、气溶胶的后向散射特性,并建立一个能够很好地模拟实际激光雷达信号的单粒子散射特性数据库。使用散射特性数据库和蒙特卡罗辐射传输模式建立一套多次散射强度及其影响因子之间的关系的数据集,结合深度学习算法建立一个激光雷达信号模拟的快速正演算法。基于快速模拟算法和卷积神经网络建立一套云与气溶胶的识别、分类和反演算法,并通过强化学习使这套算法的精度在实际应用中得到改进。
英文摘要
We plan to develop a fast algorithm to simulate the lidar signals, and an algorithm to retrieve the particle properties with a combination of Monte Carlo radiative transfer model and deep learning algorithms. First of all, we will further study the backscatter properties of cloud and aerosol particles with models and observations, and build a scattering database that could be used to simulate the observed lidar signals of clouds and aerosols. Subsequently, we will investigate the relationship between the multiple scattering intensity and its impact factors with Monte Carlo radiative transfer model, and train a convolutional neural network to predict the lidar signals. Finally, a retrieval system will be built to identify, classify and retrieval the properties of clouds and aerosols. The performance of the retrieval system is expected to improve via reinforcement learning.
本项目结合辐射传输模式和机器学习技术发展了一系列云与气溶胶遥感相关的正反演算法。首先,使用物理散射模型量化了后向散射相干增强效应对中等粒径参数的云和气溶胶粒子近后向散射相函数的影响,发展了适用于几何光学散射模型的双光线追踪算法,该算法显著改进了几何光学模型对大粒径云和气溶胶粒子后向散射的模拟精度。其次,使用该散射模型建立了适用于激光雷达反演的云冰晶散射特性数据库,发展了考虑后向散射相干增强效应的激光雷达快速正演算法。结合改进后的快速正演算法、变分算法和深度学习算法建立了一套激光雷达的反演算法,并首次量化了后向散射相干增强效应对冰云激光雷达反演的重要影响。再次,结合星载激光雷达数据、星载云雷达数据和被动式卫星观测数据建立了一套基于深度学习算法和辐射传输模拟的全天候热红外通道云属性反演系统,该反演系统能够通过被动式遥感卫星的热红外观测数据反演云顶高度、云底高度、光学厚度、有效粒径等信息,克服了传统的被动式卫星反演算法无法有效反演夜间厚云的光学厚度的问题。最后,结合辐射传输模式和深度学习算法建立了一套热红外云属性变分反演算法,并使用激光雷达和云雷达观测数据进行了验证,该算法同时具备深度学习反演算法和物理反演算法的优点。
云和地球系统的能量收支对海冰变化分布型的响应
  • 批准号:
    42375038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    51万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    周晨
  • 依托单位:
云、大气环流与海面温度的相互作用及其对中国气候的影响
  • 批准号:
    41875095
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    周晨
  • 依托单位:
国内基金
海外基金