本发明涉及一种水汽浓度的动态范围遥感方法，属于激光雷达遥感领域。
背景技术：
1、水汽是大气中与气候变化最为相关的成分，是温室效应的最大贡献者。水汽的时空分布对许多气象气候和全球水文循环相关的大气过程有着强烈的影响，例如辐射传热、边界层稳定性、夹带过程和云的形成、oh自由基的形成、臭氧化学和气溶胶的变化等。同时，水汽时空变化的测量对了解全球环流、水文循环、风暴现象、大气边界层动力学和大气辐射传输具有重要意义。
2、近年来，对1500-1600nm的水汽dial进行研究颇多，常见的方法是选择一组on-line波长（探测波长）与off-line波长（参考波长）进行测量，根据差分吸收的测量原理，会出现以下情况：选用差分吸收截面较大的吸收线时，高水汽浓度的情况下，on-line波长达到吸收饱和时，导致回波信号衰减快，从而使测量距离小；选用差分吸收截面较小的吸收线时，低水汽浓度情况下，on-line波长和off-line波长的吸收差异较小，导致水汽浓度的反演存在较大误差。因此一组on-line波长与off-line波长无法在全水汽浓度环境下进行远距离精确测量。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水汽浓度的动态范围遥感方法，解决一组on-line波长与off-line波长在高水汽浓度下存在探测距离短和低水汽浓度下水汽浓度反演误差大的问题，同时还能够实现全季节昼夜连续不同水汽下的高精度、远距离探测。
2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本发明提供了一种水汽浓度的动态范围遥感方法，包括：
4、获取预设波段水汽和干扰气体的吸收截面，并将所述吸收截面与大气丰度相乘，得到标准丰度校正后的预设波段水汽和干扰气体的吸收截面；
5、在校正后的吸收截面上选取两条探测波长和一条共用的参考波长，组成强吸收线和弱吸收线；
6、根据预设路径范围，采用差分吸收方法，计算出所述强吸收线和弱吸收线的光学深度，根据所述光学深度的范围，获得所述强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度；
7、当光学深度在强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度之间，选取分子数密度误差最小的吸收线，完成水汽浓度的探测。
8、结合第一方面，进一步地，所述干扰气体包括二氧化碳、甲烷。
9、结合第一方面，进一步地，组成强吸收线和弱吸收线的过程，包括：
10、选取校正后吸收截面上的最大波长作为低水汽浓度下的探测波长on-line，记为on1;
11、选取校正后吸收截面上比所述on1小一个数量级的波长作为高水汽浓度下的探测波长on-line，记为on2；
12、在所述on1与on2之间选择一条共用的参考波长off-line，记为off；
13、将所述on1与off组成强吸收线，将所述on2与off组成弱吸收线。
14、结合第一方面，进一步地，获得所述强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度，包括：
15、设置光学深度的范围以及预设路径范围，在所述路径范围内计算出不同水汽浓度下强吸收线和弱吸收线的光学深度；
16、基于计算出的不同水汽浓度下强吸收线和弱吸收线的光学深度，选出在预定光学深度范围内的所有值；
17、根据选出的光学深度范围内的所有值，将所述光学深度的最大值作为强吸收线的最高饱和上限浓度，将dod的最小值作为弱吸收线的最低饱和下限浓度。
18、结合第一方面，进一步地，计算出所述强吸收线和弱吸收线的光学深度的表达式如下：
19、；
20、其中，dod表示为光学深度；表示为待测气体吸收截面；n(r)表示为待测气体的分子数密度；r表示为距离的自变量参数；r表示为雷达探测的距离。
21、结合第一方面，进一步地，还包括：
22、当所述光学深度低于弱吸收线的最低饱和下限浓度时，使得不同频率对吸收线的吸收差异小，则采用强吸收线进行探测；
23、当所述光学深度高于强吸收线的最高饱和上限浓度时，使得返回的信号弱，则采用弱吸收线进行探测。
24、结合第一方面，进一步地，当光学深度在强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度之间，选取分子数密度误差最小的吸收线，完成水汽浓度的探测，包括：
25、采用泊松统计量方法对不同信噪比下的水汽进行探测，计算出水汽测量过程中的数密度误差，其数密度误差表达式如下：
26、；
27、其中，kdod表示为光学深度和与距离单元差分光学深度的比值；snr表示为off波长返回信号功率的信噪比；m0表示为总的激光发射数；xp表示为散粒噪声和暗电流噪声之和；
28、基于所述散粒噪声和暗电流噪声，分别计算出各噪声下的分子数密度误差，从而得到所述强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度之间探测的数密度误差；
29、在强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度之间选择探测的数密度误差最小的吸收线完成水汽浓度的探测。
30、结合第一方面，进一步地，各噪声下的分子数密度误差的计算表达式为：
31、对于所述散粒噪声，分子数密度误差表示为：
32、；
33、对于所述暗电流噪声，分子数密度误差表示为：
34、。
35、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
36、本发明选择两条预测波长和一个共用的参考波长，该探测波长一个吸收截面大，一个吸收截面小，通过确定探测水汽浓度的阈值，即强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度，在环境水汽浓度低于此阈值时使用吸收截面较大的探测波长，在环境水汽浓度高于此阈值时，使用吸收截面较小的探测波长，从而解决波长在高水汽浓度存在探测距离小和在低水汽浓度时水汽浓度反演误差大的问题，同时共用一条参考波长还能够在调整频率时更加简便，实现了全季节昼夜连续不同水汽浓度下的高精度、远距离探测。
1.一种水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，所述干扰气体包括二氧化碳、甲烷。
3.根据权利要求1所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，所述组成强吸收线和弱吸收线，包括：
4.根据权利要求1所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，获得所述强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度，包括：
5.根据权利要求4所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，计算出所述强吸收线和弱吸收线的光学深度的表达式如下：
6.根据权利要求4所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，还包括：
7.根据权利要求6所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，当光学深度在强吸收线的最高饱和上限浓度和弱吸收线的最低饱和下限浓度之间，选取分子数密度误差最小的吸收线，完成水汽浓度的探测，包括：
8.根据权利要求7所述的水汽浓度的动态范围遥感方法，其特征在于，各噪声下的分子数密度误差的计算表达式为：
