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(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)

激光雷達(dá)的研究起源于上世紀(jì)60年代末，起初主要用于軍1用領(lǐng)域，自1995年正式實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之后，在測(cè)繪、資源勘探等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越多的作用，在盛行的“黑科技”無人駕駛技術(shù)的開發(fā)上，激光雷達(dá)更是核心技術(shù)之一。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，激光雷達(dá)的應(yīng)用范圍也越來越廣，其中環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域就是很重要的一個(gè)方面，可以用來測(cè)量顆粒物、臭氧、溫度和濕度的變化等等。

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用激光器作為輻射源的雷達(dá)。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。由發(fā)射機(jī) 、天線 、接收機(jī) 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機(jī)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)體激光器及波長可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡；接收機(jī)采用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、紅外和可見光多元探測(cè)器件等。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法分直接探測(cè)與外差探測(cè)?！?

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化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

傳統(tǒng)的化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)裝置由士兵肩負(fù)，一邊探測(cè)一邊前進(jìn)，探測(cè)速度慢，且士兵容易中1毒。

俄羅斯研制成功的KDKhr―1N遠(yuǎn)距離地面激光毒氣報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)距離探測(cè)化學(xué)毒劑攻擊，確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、離地高度、中心角坐標(biāo)以及毒劑相關(guān)參數(shù)，并可通過無線電通道或有線線路向部1隊(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，比傳統(tǒng)探測(cè)前進(jìn)了一大步。

德國研制成功的VTB―1型遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑傳感器技術(shù)更加先進(jìn)，它使用兩臺(tái)9― 11微米、可在40個(gè)頻率上調(diào)節(jié)的連續(xù)波CO2激光器，利用微分吸收光譜學(xué)原理遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑，既安全又準(zhǔn)確。

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