大氣拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

大氣氣溶膠的氣候強(qiáng)迫是目前氣候變化因素中不確定性大的一項(xiàng)。氣溶膠的光學(xué)特征直接影響大氣輻射過(guò)程,也可以通過(guò)在微物理過(guò)程中與云-降水的相互作用間接影響輻射過(guò)程。有必要對(duì)氣溶膠光學(xué)和微物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè),降低氣溶膠輻射強(qiáng)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(dá)(355、532和1064nm)對(duì)北京上空氣溶膠進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè),建立了光學(xué)參數(shù)的自動(dòng)算法[1,2],并在此基礎(chǔ)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(dá)反演算法[3,4]。實(shí)現(xiàn)了對(duì)北京上空氣溶膠光學(xué)和微物理參數(shù)垂直分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反演。2016年12月至今,在北京大學(xué)(39.99N,116.31E)校內(nèi)樓頂,利用北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)系及國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)多波段Raman激光雷達(dá),對(duì)北京上空氣溶膠進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)。利用觀測(cè)得到的米散射和Raman散射信號(hào),建立了355、532和1064nm后向散射系數(shù)及355nm消光系數(shù)的自動(dòng)反演算法,得到了北京地區(qū)上空氣溶膠光學(xué)特征。根據(jù)6S輻射傳輸模式中氣溶膠模型,假設(shè)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(gòu)成,各類(lèi)型氣溶膠均假設(shè)為對(duì)數(shù)正態(tài)分布;利用T-matrix米散射模型,計(jì)算三種氣溶膠的光學(xué)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(duì)比光學(xué)參數(shù)的觀測(cè)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(jìn)而計(jì)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(fù)折射指數(shù)),個(gè)例和統(tǒng)計(jì)分析表明結(jié)果合理。

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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)分類(lèi)

目前，激光雷達(dá)的種類(lèi)很多，但是按照現(xiàn)代的激光雷達(dá)的概念，常分為以下幾種:

按激光波段分：有紫外激光雷達(dá)、可見(jiàn)激光雷達(dá)和紅外激光雷達(dá)。

按激光介質(zhì)分：有氣體激光雷達(dá)、固體激光雷達(dá)、半導(dǎo)體激光雷達(dá)和二極管激光泵浦固體激光雷達(dá)等。

按激光發(fā)射波形分：有脈沖激光雷達(dá)、連續(xù)波激光雷達(dá)和混合型激光雷達(dá)等。

按顯示方式分：有模擬或數(shù)字顯示激光雷達(dá)和成像激光雷達(dá)。

按運(yùn)載平臺(tái)分：有地基固定式激光雷達(dá)、車(chē)載激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)、船載激光雷達(dá)、星載激光雷達(dá)、彈載激光雷達(dá)和手持式激光雷達(dá)等。

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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

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用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測(cè)技術(shù)手段的主動(dòng)遙感設(shè)備。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測(cè)技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測(cè)方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng) 、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器以及光學(xué)擴(kuò)束單元等組成;接收系統(tǒng)采用望遠(yuǎn)鏡和各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見(jiàn)光多元探測(cè)器件等組合。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法按照探測(cè)的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多1普勒等激光雷達(dá)。

成像拉曼氣溶膠激光雷達(dá)水下探物

美國(guó)諾斯羅普公司為美國(guó)高1級(jí)研究計(jì)劃局研制的ALARMS機(jī)載水1雷探測(cè)系統(tǒng)，具有自動(dòng)、實(shí)時(shí)檢測(cè)功能和三維定位能力，定位分辨率高，可以24小時(shí)工作，采用卵形掃描方式探測(cè)水下可1疑目標(biāo)。

美國(guó)卡曼航天公司研制成功的機(jī)載水下成像激光雷達(dá)，特點(diǎn)是可對(duì)水下目標(biāo)成像。由于成像激光雷達(dá)的每個(gè)激光脈沖覆蓋面積大，因此其搜索效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非成像激光雷達(dá)。另外，成像激光雷達(dá)可以顯示水下目標(biāo)的形狀等特征，更加便于識(shí)別目標(biāo)，這已是成像激光雷達(dá)的一大優(yōu)勢(shì)。

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