差分吸收激光雷达测量对流层臭氧

利用激光雷达对对流层 2～ 4km高度范围的臭氧分布进行了测量。测量结果表明 ,利用YAG激光器产生的两个波长 (2 6 6nm和 2 89nm) ,可以得到比较精确的臭氧分布。

激光雷达测量大气气溶胶光学厚度方法研究

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法。利用太阳辐射计,获得大气气溶胶的光学厚度,激光雷达可以获得35-40 km高度的回波信号,在这一高度区间可忽略气溶胶的存在,大气模式可以提供大气分子散射系数,根据激光雷达方程计算出激光雷达常数。反之,标定激光雷达常数后,根据激光雷达方程,以激光雷达35-40 km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度。激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好,说明该方法是可行的。这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量,也可以用于夜间测量。

合肥上空大气臭氧垂直分布特征分析

利用中国科学院安徽光学精密机械研究所自行研制的L625紫外差分吸收激光雷达在合肥进行了长期的观测,对L625差分吸收激光雷达在1996～2009年观测的大气臭氧数据进行了分析,并与AURA卫星的观测数据进行了对比,得到了合肥上空大气臭氧月、季平均垂直分布的特征,初步给出合肥上空平流层臭氧的变化趋势。

ARL-1 Raman激光雷达系统探测大气二氧化碳

介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的测量对流层大气二氧化碳的ARL-1 Raman激光雷达系统,以Nd:YAG三倍频作为发射光源,接收大气中氮气和二氧化碳的Raman后向散射信号,反演大气中的二氧化碳混合比分布。在ARL-1 Raman激光雷达系统中,设计了测量Rama激光雷达常数的标定装置,实验结果表明,定标光源LED的稳定度可达99.5%。利用该系统对边界层二氧化碳进行了初步定量测量和分析。

光子并合作用对激光雷达测量臭氧的影响分析

在激光雷达测量平流层下部臭氧时,我们发现光电倍增管接收到较低高度的强信号后,回波信号会产生光子并合现象。数据处理分析表明,光子并合现象对平流层下部臭氧测量的影响很大.为避免产生光子并合现象的产生,可以利用在接收光路上加装中性衰减片、提高光电倍增管开始工作的高度和降低光电倍增管增益等措施来分段测量,提高臭氧测量的精度.

双差分测量对流层臭氧的实验研究

提出了利用２６６ｎｍ，２８９ｎｍ，３０８ｎｍ三波长进行臭氧测量的数值模拟和实际测量实验研究。三波长双差分和双波长差分的模拟实验结果表明，当对流层气溶胶分布相当不均匀，后向散射比梯度较大时，气溶胶对双波长差分测量臭氧影响很大，而对三波长双差分测量臭氧影响较小。

双差分激光雷达——一组可以提高臭氧测量精度的波长

模拟了气溶胶影响三波长双差分 (2 6 6 - 2 89- 30 8nm)方法和双波长差分 (2 6 6 - 2 89nm和 2 6 6 - 30 8nm)方法测量对流层臭氧的误差 ,并在合肥测量了对流层 2～ 3.6km高度的臭氧分布。结果表明 ,三波长双差分方法比常规的双波长差分方法能更有效地克服气溶胶的影响 ,三波长差分测量的结果比常规的双波长差分的结果更精确。同时还揭示了气溶胶影响双波长差分方法测量臭氧的规律。

拉曼激光雷达测量大气二氧化碳不确定性分析

中国科学院安徽光学精密机械研究所研制了一台ARL-1二氧化碳拉曼激光雷达,结合实际大气条件,利用拉曼激光雷达的观测例子和分析仪观测结果,分析了拉曼激光雷达测量大气二氧化碳的不确定性。分析结果表明,拉曼激光雷达在对流层低层具有良好的稳定性和较高的测量精度,在较好的天气条件下,1 km高度范围内,ARL-1拉曼激光雷达的测量不确定性可控制在1.2 ppm内,在2 km高度范围内可控制在2.5 ppm内。

2001年合肥上空大气臭氧的分布特征分析

对L625差分吸收激光雷达2001年的臭氧观测数据进行了处理和分析,观测结果表明:合肥上空高度5～45km区间,臭氧厚度0.264×10-5km,峰值高度海拔24.9km,峰值大小4.3677～1012cm-3。不同高度的臭氧数密度具有明显的季节特征, 35km、30 m和25km高度的臭氧数密度变化特征表现为夏季数密度高,冬季数密度低。20 km、15km和10 km高度的臭氧数密度的变化特征表现为冬春季数密度高,秋季数密度低。臭氧层峰值高度夏秋季高,冬春季低。

单波长与双波长探测平流层臭氧的比较

本文利用安徽光机所的多波长紫外差分吸收激光雷达［１］的探测结果，在平流层背景气溶胶情况下，比较单波长（３０８ ｎｍ）距离差分方法和双波长（３０８－３５５ｎｍ）差分方法受气溶胶和温度影响的结果．比较结果表明：单波长距离差分方法受温度变化和气溶胶的不均匀影响较大，双波长差分方法受影响较小，两种方法的处理结果有明显差异．３０天的平均结果表明；在１９ｋｍ以下，单波长结果与双波长结果相差较大；在１９～３５ｋｍ高度区间，单波长结果与双波长结果的相对误差小于１２％．

北京夏季典型臭氧污染分布特征及影响因子

为研究北京地区O3分布特征及其影响因子,利用AML-3车载式大气环境污染激光雷达系统(下称AML-3)对北京地区2011年5月7日—6月9日的φ(O3)进行观测.通过AML-3自带的污染物地面观测系统和差分吸收激光雷达,分析近地面、高空φ(O3)时空分布特征,并将φ(O3)与温度、风速及风向3个气象要素进行相关分析.结果表明:近地面φ(O3)日变化明显,06:00左右为低谷,下午14:00左右达到峰值.高空φ(O3)的空间分布很不均匀,上层气流易使O3富集层向下输送造成污染,同时稳定边界层对大气扩散的不利影响也是形成O3污染的重要原因.φ(O3)的日变化趋势与温度的日变化趋势呈显著正相关,R(相关系数)为0.74;上下层湍流交换使风速与近地面φ(O3)呈正相关,而水平扩散使二者呈负相关;通过分析风向的分布规律发现,东北风易造成北京地区O3污染.

车载激光雷达对北京地区边界层污染监测研究

介绍了自行研制的车载差分激光雷达AML-2探测原理及技术参数,于2006-08、2006-09在不同天气因素条件下对北京西南郊榆垡地区大气边界层污染物O3、NO2、SO2进行了实时监测,对比分析了3种污染物浓度垂直分布及日变化特征.结果表明,无外来污染输送时,3种污染物在阴雨天气总体浓度较小,O3和NO2浓度随高度升高而减小,SO2浓度垂直分布少见此特征,但在近地面0.6 km左右有较强SO2污染层.南部气流输送对北京地区大气环境影响明显,2006-08-23-2006-08-25这次强污染气流输送高度约1-1.5 km,3种污染物浓度垂直分布及日变化特征受到干扰,北京榆垡地区边界层O3、NO2、SO2总体浓度明显上升.

不同气象条件下的气溶胶时空分布特征

利用2012年3月20—24日的激光雷达回波数据和粒子计数器采样的气溶胶数浓度数据,分析了测点近地面及其上空的气溶胶垂直消光系数、数浓度等时空分布特征,研究了风向、风速、RH(相对湿度)对近地面气溶胶分布的影响.结果表明:①阴霾天气气溶胶垂直消光系数在0.01～1.0之间,边界层高度在1 km以下,到达边界层顶时消光系数产生突变;晴天气溶胶垂直消光系数在0.01～0.2之间,边界层高度在1.5～2.5 km.②阴霾天和晴天中近地面气溶胶数浓度变化规律一致,上午08:00左右开始增加,随温度升高呈下降态势,在傍晚达最小值后又略微增长并产生次高峰,夜间继续呈下降趋势.③风向为东北偏东风时大气气溶胶的数浓度较大;风速增大,有利于气溶胶垂直输送和扩散,导致气溶胶数浓度减小.④气-粒转化过程中,RH增大有利于气溶胶粒子由爱根核向积聚模态凝结.⑤RH较小时,其与气溶胶数浓度呈正相关,而当RH增至74%时二者呈负相关.

大气气溶胶消光特性和折射率的测量

介绍了一种综合利用能见度仪、微脉冲激光雷达和光学粒子计数器测量大气气溶胶折射率的新方法。首先使用能见度仪和激光雷达测量出大气气溶胶的消光系数和消光后向散射比,然后使用粒子计数器测量出粒子谱分布,结合气溶胶粒子折射率,根据球形粒子的米(Mie)散射理论,可以得到气溶胶消光系数和消光后向散射比。通过分析消光系数、消光后向散射比、粒子谱分布和折射率之间的关系,结合已知的消光系数和消光后向散射比,反演出大气气溶胶粒子的折射率。

瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度

介绍了一台瑞利散射激光雷达，它能够探测 ２２～６０ ｋｍ范围内大气温度的垂直分布；比较了两种反演温度的数据处理方法。该激光雷达分别与 ＵＡＲＳ／ＨＡＬＯＥ卫星和无线电探空仪观测结果进行了对比，均表现了较好的一致性。同时还模拟分析了平流层低层气溶胶对计算温度的影响。

AML-1车载测污激光雷达探测大气边界层气溶胶

介绍了自行研制用于环境监测的车载式激光雷达(AML-1)系统及典型特点,其在测量气溶胶时不但可以全天候探测,还可以从不同仰角进行测量,对实现连续、实时、大范围监测大气污染有着重要的意义。结合该激光雷达的特点,从垂直、斜程、二维扫描等方面分别给出了该系统探测气溶胶时的典型结果和时空分布图,总结了AML-1车载测污激光雷达系统在测量气溶胶时的优越性和意义。

对流层气溶胶和水汽的车载激光雷达系统的探测

利用研制的一套具备昼夜测量能力的新型车载大气探测激光雷达系统为试验工程和环境监测提供应用研究。该激光雷达系统由水平测量模块和垂直测量模块构成,可通过接收激光与大气中气溶胶粒子、水汽分子、氮气分子作用的米散射和拉曼散射信号,反演大气水平能见度、垂直的气溶胶消光系数和水汽混合比。并可实现昼夜连续观测,实际测量结果与对比实验表明,大气水平能见度的测量误差小于10%,6 km以下垂直大气气溶胶的测量误差小于10%,水汽的测量误差最大不超过20%,能够满足大气参数测量的实际需求。

对激光雷达几何因子的分析与测量

为了实现激光雷达对近场的测量,必须获得激光雷达系统几何因子。采用理论分析计算和实验测量两个步骤确定了几何因子性质及廓线。首先,通过分析平行轴和共轴激光雷达接收、发射系统的结构,引入了可完全聚焦填充系数,从几何光学角度推导了两种填充系数的表达式,从而界定了几何因子值的理论范围。其次,介绍了采用对远场回波信号拟合的方法反演近场信号,从而获得几何因子廓线。以中科院AML-2共轴激光雷达为例,采用该方法测量了几何因子廓线,结果验证了对几何因子的理论分析。

激光雷达探测平流层中上部大气密度和温度

用 Ｌ６２５ ３５５ ｎｍ 和 ５３２ ｎｍ 双通道瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）散射激光富达，分别观 测合肥（３１．９°Ｎ／１１７．１７°Ｅ）地区 ３０～４３ ｋｍ高度范围内的大气密度和温度分布．这些结果与 ＮＯＡＡ／ＮＭＣ和 ＮＡＳＡ／ＨＡＬＯＥ相邻地点的密度和温度表现了较好的一致性．一般情况下，在 ３４—４３ ｋｍ 高度范围内激光雷达获得的大气密度与 ＮＯＡＡ／ＮＭＣ和 ＮＡＳＡ／ＨＡＬＯＥ 密度的偏 差大约为 １０％，温度差别小于 ２ Ｋ，而 ３４ ｋｍ以下温度偏差稍大．

多条转动拉曼谱线雷达测量对流层大气温度

由于对流层大气中气溶胶的存在,传统的利用大气中瑞利散射和振动拉曼散射测量大气温度的方法具有一定的局限性,然而利用大气N2和O2分子的的转动拉曼信号获得大气温度信息的方法不受对流层大气中气溶胶的影响。因此利用N2和O2分子纯转动拉曼散射激光雷达开展了测量对流层下部温度分布的实验研究。现有的转动拉曼雷达系统基本上是通过获取单一的转动拉曼谱线来反演大气温度,这就导致了系统的信噪比低,不能很好的反演温度。作者在双光栅单色仪的基础上提出了一种新的雷达信号分光系统。这种新的分光系统的每条通道所获得的信号并不是单独的转动拉曼谱线,而是多条转动拉曼谱线之和,这样就能提高整个系统的信噪比。在较小的激光能量和小口径望远镜的情况下,利用这种方法,雷达系统可以在几公里内获得较好的信噪比。最后实验得到了对流层0.3～5km高度内的大气温度分布,它与球载无线电探空仪比较,二者一致性较好。