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拉曼氣溶膠激光雷達測量范圍

氣溶膠顆粒物時空演化、邊界層高度、后向散射系數(shù)、消光系數(shù)、偏振系數(shù)、水汽混合比、粒子譜濃度、有效半徑、質量濃度、PM2.5、PM10時空演化等，滿足科研、氣象與環(huán)境預警等領域的大氣環(huán)境監(jiān)測需求。

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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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拉曼氣溶膠激光雷達

激光雷達是工作在光頻波段的雷達。與微波雷達的原理相似，它利用光頻波段的電磁波先向目標發(fā)射探測信號，然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，從而獲得目標的位置(距離、方位和高度)、運動狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實現(xiàn)對目標的探測、跟蹤和識別。

激光雷達由發(fā)射，接收和后置信號處理三部分和使此三部分協(xié)調(diào)工作的機構組成。激光光速發(fā)散角小，能量集中，探測靈敏度和分辨率高。多普1勒頻移大，可以探測從低速到高速的目標。天線和系統(tǒng)的尺寸可以作得很小。利用不同分子對特定波長得激光吸收、散射或熒光特性，可以探測不同的物質成分，這是激光雷達獨有的特性。

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