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

激光雷達的研究起源于上世紀60年代末，起初主要用于軍1用領域，自1995年正式實現(xiàn)商業(yè)化之后，在測繪、資源勘探等領域發(fā)揮了越來越多的作用，在盛行的“黑科技”無人駕駛技術的開發(fā)上，激光雷達更是核心技術之一。隨著技術的發(fā)展和完善，激光雷達的應用范圍也越來越廣，其中環(huán)境監(jiān)測領域就是很重要的一個方面，可以用來測量顆粒物、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。激光雷達是激光技術與雷達技術相結合的產(chǎn)物 。由發(fā)射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機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、半導體激光器及波長可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學望遠鏡；接收機采用各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法分直接探測與外差探測?！?

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化學戰(zhàn)劑探測拉曼氣溶膠激光雷達

傳統(tǒng)的化學戰(zhàn)劑探測裝置由士兵肩負，一邊探測一邊前進，探測速度慢，且士兵容易中1毒。

俄羅斯研制成功的KDKhr―1N遠距離地面激光毒氣報警系統(tǒng)，可以實時地遠距離探測化學毒劑攻擊，確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、離地高度、中心角坐標以及毒劑相關參數(shù)，并可通過無線電通道或有線線路向部1隊自動控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，比傳統(tǒng)探測前進了一大步。

德國研制成功的VTB―1型遙測化學戰(zhàn)劑傳感器技術更加先進，它使用兩臺9― 11微米、可在40個頻率上調(diào)節(jié)的連續(xù)波CO2激光器，利用微分吸收光譜學原理遙測化學戰(zhàn)劑，既安全又準確。

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