大气拉曼气溶胶激光雷达
大气气溶胶的气候强迫是目前气候变化因素中不确定性大的一项。气溶胶的光学特征直接影响大气辐射过程,也可以通过在微物理过程中与云-降水的相互作用间接影响辐射过程。有必要对气溶胶光学和微物理参数进行实时连续监测,降低气溶胶辐射强迫在天气和气候模式中的不确定性。本研究利用多波段Raman激光雷达(355、532和1064nm)对北京上空气溶胶进行了连续
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大气气溶胶的气候强迫是目前气候变化因素中不确定性大的一项。气溶胶的光学特征直接影响大气辐射过程,也可以通过在微物理过程中与云-降水的相互作用间接影响辐射过程。有必要对气溶胶光学和微物理参数进行实时连续监测,降低气溶胶辐射强迫在天气和气候模式中的不确定性。本研究利用多波段Raman激光雷达(355、532和1064nm)对北京上空气溶胶进行了连续观测,建立了光学参数的自动算法[1,2],并在此基础上提出了环境气溶胶微物理参数的3波段Raman激光雷达反演算法[3,4]。实现了对北京上空气溶胶光学和微物理参数垂直分布的实时监测反演。2016年12月至今,在北京大学(39.99N,116.31E)校内楼顶,利用北京大学环境科学系及重点实验室的一台多波段Raman激光雷达,对北京上空气溶胶进行了连续观测。利用观测得到的米散射和Raman散射信号,建立了355、532和1064nm后向散射系数及355nm消光系数的自动反演算法,得到了北京地区上空气溶胶光学特征。根据6S辐射传输模式中气溶胶模型,假设北京上空气溶胶由黑炭型(Soot)、可溶型(Water Soluble)和沙尘型(Dust)组合构成,各类型气溶胶均假设为对数正态分布;利用T-matrix米散射模型,计算三种气溶胶的光学参数(355、532和1064nm后向散射系数和355nm消光系数)制作查算表,查算表变量包括三种气溶胶数浓度(N1,N2,N3)和可溶性气溶胶中心粒径(rg)。对比光学参数的观测值和模拟值,得到三种气溶胶数浓度和可溶型气溶胶中心粒径的优解,进而计算气溶胶微物理参数(有效半径、表面积浓度、体积浓度和复折射指数),个例和统计分析表明结果合理。
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激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的原理相似，它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息，实现对目标的探测、跟踪和识别。
激光雷达由发射，接收和后置信号处理三部分和使此三部分协调工作的机构组成。激光光速发散角小，能量集中，探测灵敏度和分辨率高。多普1勒频移大，可以探测从低速到高速的目标。天线和系统的尺寸可以作得很小。利用不同分子对特定波长得激光吸收、散射或荧光特性，可以探测不同的物质成分，这是激光雷达独有的特性。
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激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、度、的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。
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