本发明属于海洋激光雷达，尤其是涉及一种基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法。
背景技术：
1、吸收系数是一种重要的水体固有光学特性，表征光在海水中传播时被吸收的程度。对于特定波长，它通常与水中的浮游植物、有色可溶性有机物和非藻类颗粒物有关，可用于评估浮游植物光合作用和估算水体初级生产力。此外，吸收系数还可以用于评估水体浑浊程度，区分水体类型，也是上层水体热传输的关键参数。
2、被动水色遥感可用于估算吸收系数，具有大范围高效率等优势。然而，被动水色遥感也存在一些固有限制，如大气校正中可能对遥感反射率引入的误差，会导致结果存在误差。并且，由于被动水色遥感依赖于太阳光，因而无法在夜晚以及极地区域的冬季进行观测。激光雷达是一种主动探测手段，可以消除上述大气和光照的限制。公开号为cn105486664a的中国专利公开了探测海洋浮游植物生物量和poc的激光雷达装置及方法；公开号为cn117194876a的中国专利公开了一种基于激光雷达水体回波的水体漫射衰减系数提取方法；公开号为cn116794678a的中国专利公开了一种拉曼激光雷达和水体各剖面颗粒物光束衰减系数获取方法。
3、然而，这些激光雷达方法都采用信号随深度衰减的特性来计算衰减系数，无法估算吸收系数。并且部分激光雷达受到探测模块深度分辨率、系统响应带宽的限制，无法获取有效的深度分辨信号，信号方程中包含大气透过率、海水颗粒物后向散射系数和衰减系数等诸多未知数，限制了衰减系数探测的精度。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，借助高光谱分辨率激光雷达滤除米散射信号，利用大气和海洋的分子散射信号，通过计算大气透过率，可以实现全球海水吸收系数的估算，提高准确率。
2、一种基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，包括以下步骤：
3、（1）对高光谱分辨率激光雷达的廓线数据进行质量控制和去噪；
4、（2）利用去噪后的廓线数据，计算海表大气分子信号平均值，同时计算海水分子信号柱积分；
5、（3）根据廓线数据中的时间和位置信息，匹配包含大气温度、大气压强、海水温度、海水盐度在内的辅助数据；
6、（4）根据辅助数据，计算大气和海水分子的体散射函数，同时计算大气和海水分子信号的碘池透过率；
7、（5）结合海表大气分子信号平均值、碘池透过率和大气分子体散射函数，计算激光雷达系统到海面的双程大气透过率；
8、（6）基于海水中的激光雷达方程，代入海水分子信号柱积分、碘池透过率、海水分子体散射函数和双程大气透过率，估算海水吸收系数。
9、步骤（1）的具体过程为：
10、查找分子通道信号最大值，根据最大值对应的海拔进行筛选；排除垂直偏振通道信号饱和的廓线数据；对相邻激光雷达廓线数据进行滑动平均；对滑动平均后的每一条分子通道廓线数据，取海面以上的部分进行savitzky-golay滤波。
11、步骤（2）的具体过程如下：
12、首先，高光谱分辨率激光雷达分子通道信号，即衰减后向散射，其定义如下：
13、；
14、；
15、式中，为分子通道的衰减后向散射，由高光谱分辨率激光雷达获得；为双程大气透过率，为分子信号的碘池透过率，为后向体散射函数，为海水的吸收系数；为激光雷达工作高度，为信号采样点对应的海拔高度，表示水体穿透深度， air和 water分别表示在空气和海水中；
16、根据海表对应的海拔高度范围，计算接近海表的大气分子信号的平均值；
17、计算海水的分子信号柱积分，如下式：
18、。
19、进一步地，取60米至200米海拔高度范围，计算接近海表的大气分子信号的平均值。
20、步骤（3）的具体过程为：
21、根据高光谱分辨率激光雷达系统的经纬度和时间信息，寻找空间距离最近、时间差异最小的全球气象数据作为辅助数据，包括海表的大气温度和大气压强、海水表层的海水温度和海水盐度。
22、步骤（4）的具体过程为：
23、根据瑞利散射理论和大气温度、大气压强数据，计算海表大气瑞利散射的后向体散射函数平均值；根据海水温度和海水盐度数据，计算海水布里渊散射的后向体散射函数；
24、根据实验室定标结果，得到碘池的光谱透过率曲线；
25、根据tenti s6模型和大气温度、大气压强数据，计算海表大气瑞利散射光谱分布；计算经过碘池后的信号强度与未经过碘池的信号强度的比值，得到大气分子信号的碘池透过率；
26、根据海表温度、盐度数据，计算布里渊散射的频移、线宽；计算经过碘池后的信号强度与未经过碘池的信号强度的比值，得到海水分子信号的碘池透过率。
27、步骤（5）中，计算激光雷达系统到海面的双程大气透过率，公式如下：
28、；
29、式中，为海表大气分子信号平均值，为大气分子信号的碘池透过率，为海表大气瑞利散射的后向体散射函数平均值。
30、步骤（6）中，估算海水吸收系数的公式如下：
31、；
32、式中，为海水吸收系数，为双程大气透过率，为海水分子信号的碘池透过率，为海水布里渊散射的后向体散射函数，为海水的分子信号柱积分，为海表的大气分子信号的平均值，为大气分子信号的碘池透过率，为海表大气瑞利散射的后向体散射函数平均值。
33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34、本发明为高光谱分辨率激光雷达反演海水吸收系数提供一种新方法，无需使用高垂直分辨率的激光雷达数据进行指数拟合，降低了对激光雷达系统指标的要求。利用大气分子信号计算大气透过率，并根据海水分子信号柱积分和吸收系数的关系，实现了海水吸收系数的估算。
1.一种基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，步骤（1）的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，步骤（2）的具体过程如下：
4.根据权利要求3所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，取60米至200米海拔高度范围，计算接近海表的大气分子信号的平均值。
5.根据权利要求3所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，步骤（3）的具体过程为：
6.根据权利要求5所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，步骤（4）的具体过程为：
7.根据权利要求6所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，步骤（5）中，计算激光雷达系统到海面的双程大气透过率，公式如下：
8.根据权利要求7所述的基于激光雷达海气分子信号的海水吸收系数估算方法，其特征在于，步骤（6）中，估算海水吸收系数的公式如下：
