拉曼氣溶膠激光雷達探測

針對范圍內(nèi)大氣參數(shù)實時監(jiān)測技術需求，以地表30千米內(nèi)與人類活動密切相關的大氣空間為探測對象，寧夏回族自治拉曼氣溶膠激雷達，依據(jù)大氣分子的拉曼散射原理，開展具有自主知識產(chǎn)權的紫外域波長激光雷達探測大氣水汽、溫度和氣溶膠特性的系統(tǒng)及實驗研究，主要涉及拉曼激光雷達系統(tǒng)探測技術、微弱信號提取技術與方法、大動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)拼接與校正技術、多參量并行精細探測及反演技術和模塊化系統(tǒng)集成技術與對比實驗研究等多學科交叉技術。結合多年來研究大氣水汽和溫度拉曼激光雷達技術的積累，研制了以特殊分色1片和窄帶干涉濾光片為的拉曼分光系統(tǒng)，實現(xiàn)了大氣分子的振動和轉動拉曼信號的精細提取技術，構建了拉曼激光雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)了對大氣水汽、溫度與氣溶膠廓線的精細探測。長期實驗探測性能穩(wěn)定，可靠性高，拉曼氣溶膠激雷達哪家好，可作為區(qū)域性大氣和空間環(huán)境地基激光雷達監(jiān)測基地繼續(xù)開展長期觀測實驗研究。

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拉曼氣溶膠激光雷達歷史

自從1839年由Daguerre和Niepce拍攝張像片以來，拉曼氣溶膠激雷達中國區(qū)技術服務中，利用像片制作像片平面圖(X、Y)技術一直沿用至今。到了1901年荷蘭人Fourcade發(fā)明了攝影測量的立體觀測技術，使得從二維像片可以獲取地面三維數(shù)據(jù)(X、Y、Z)成為可能。一百年以來，立體攝影測量仍然是獲取地面三維數(shù)據(jù)準確和可靠的技術，拉曼氣溶膠激雷達總代理，是國家基本比例尺地形圖測繪的重要技術。

大氣拉曼氣溶膠激光雷達

大氣氣溶膠的氣候強迫是目前氣候變化因素中不確定性大的一項。氣溶膠的光學特征直接影響大氣輻射過程，也可以通過在微物理過程中與云-降水的相互作用間接影響輻射過程。有必要對氣溶膠光學和微物理參數(shù)進行實時連續(xù)監(jiān)測，降低氣溶膠輻射強迫在天氣和氣候模式中的不確定性。本研究利用多波段Raman激光雷達(355、532和1064nm)對北京上空氣溶膠進行了連續(xù)觀測，建立了光學參數(shù)的自動算法[1，2]，并在此基礎上提出了環(huán)境氣溶膠微物理參數(shù)的3波段Raman激光雷達反演算法[3，4]。實現(xiàn)了對北京上空氣溶膠光學和微物理參數(shù)垂直分布的實時監(jiān)測反演。2016年12月至今，在北京大學(39.99N，116.31E)校內(nèi)樓頂，利用北京大學環(huán)境科學系及國家重點實驗室的一臺多波段Raman激光雷達，對北京上空氣溶膠進行了連續(xù)觀測。利用觀測得到的米散射和Raman散射信號，建立了355、532和1064nm后向散射系數(shù)及355nm消光系數(shù)的自動反演算法，得到了北京地區(qū)上空氣溶膠光學特征。根據(jù)6S輻射傳輸模式中氣溶膠模型，假設北京上空氣溶膠由黑炭型(Soot)、可溶型(Water Soluble)和沙塵型(Dust)組合構成，各類型氣溶膠均假設為對數(shù)正態(tài)分布;利用T-matrix米散射模型，計算三種氣溶膠的光學參數(shù)(355、532和1064nm后向散射系數(shù)和355nm消光系數(shù))制作查算表，查算表變量包括三種氣溶膠數(shù)濃度(N1，N2，N3)和可溶性氣溶膠中心粒徑(rg)。對比光學參數(shù)的觀測值和模擬值，得到三種氣溶膠數(shù)濃度和可溶型氣溶膠中心粒徑的優(yōu)解，進而計算氣溶膠微物理參數(shù)(有效半徑、表面積濃度、體積濃度和復折射指數(shù))，個例和統(tǒng)計分析表明結果合理。

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