合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测

研制了一台L30 0偏振激光雷达 ,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振激光雷达的探测原理 ,叙述了L30 0偏振激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。初步的探测结果表明 ,合肥西郊上空高度在 1 0km左右的卷云的退偏振比在 0 4～ 0 5之间 ,沙尘气溶胶的退偏振比在 0 2～ 0 3范围内 ,但是剧烈沙尘暴的气溶胶的退偏振比可达到 0

车载式激光雷达测量大气水平能见度

激光雷达作为一种新型的大气观测工具,可以通过直接探测激光与大气相互作用的光辐射信号来定量地反演大气水平能见度,更好地反映大气对传输于其中激光的衰减作用,从而成为测量大气水平能见度的主要手段。简单介绍了自行研制的国内首台车载式拉曼-米(Raman-Mie)散射激光雷达的结构和技术参数,并利用斜率法从激光雷达的采集数据中反演出大气水平能见度。通过实际观测并与美国Belfort能见度仪的对比试验,显示该激光雷达在探测大气水平能见度方面具有较高的可靠性和准确性,其测量误差小于20%。

探测大气气溶胶消光系数的便携式米散射激光雷达

介绍了一种新型的便携式米散射激光雷达的总体结构及其各部分的功能,分析讨论了该激光雷达在夜晚与白天探测大气气溶胶消光系数垂直廓线的性能。其夜晚的探测高度达到15km左右,白天的探测高度达到10km左右。还可对卷云进行探测,获得卷云的厚度及其峰值消光系数。该激光雷达具有结构紧凑、体积小、重量轻、自动化程度高、探测速度快等优点。

气象激光雷达的城市边界层探测

为了研究城市边界层结构变化特征,2005年7月利用气象激光雷达在南京城区做了城市边界层探测试验,就此次观测试验作了简要叙述并选取部分观测资料为示例,着重对气象激光雷达确定城市边界层高度垂直分布及逐时变化以及地面气象环境对边界层的日变化影响进行了初步分析.结果表明,主要由近地层对流混合形成的城市边界层高度具有典型的日变化特点,早晚比较低,日间有一个从低到高再到低的变化过程.提出了一种由边界层混合状态确定边界层高度的方法.分析结果表明,由气溶胶消光系数确定城市边界层高度比较准确.将MSL探测结果与同步的低空无线电探测仪的温度探测结果进行比较,结果表明,两者获得的实际廓线分布相当吻合,线性良好.就地表温度、辐射、湿度及云等气象要素对边界层垂直分布及时间变化的影响做了分析.结果表明,这些气象要素的分布对城市边界层高度的垂直分布及其逐时变化有明显影响.

Raman激光雷达探测对流层中上部大气温度分布

介绍了一台氮分子（N2）Raman激光雷达系统。利用N2分子Raman散射和气溶胶及分子的Mie—Rayleigh散射信号,通过同时订正分子、气溶胶和臭氧的衰减,反演出对流层中上部大气密度和温度的垂直分布,其结果与常规球载无线电探空仪探测资料对比,在8～18km范围内表现了较好的一致性。其中,二者测量的温度在9～15km高度内相对差别小于4K。

测量大气气溶胶和水汽的车载式激光雷达系统

为满足国家对大气参数测量的需求,成功研制了新型车载式大气探测激光雷达系统。该激光雷达主要是通过接收激光与大气中气溶胶粒子和水汽以及氮气分子间的米和拉曼散射信号,结合相应的激光雷达方程,反演出大气水平能见度、垂直气溶胶消光系数和水汽混合比。最终的实际测量结果与对比实验显示,该激光雷达可以对对流层的大气气溶胶进行昼夜连续观测,对夜晚8km高度范围内以及凌晨和傍晚时分边界层内的水汽进行测量。相应大气水平能见度的测量误差小于20%,而垂直大气气溶胶和水汽的测量误差最大不超过30%。

新型车载式激光雷达探测对流层气溶胶

介绍了中国科学院安光所自行研制的新型车载式激光雷达的结构和主要技术参数,给出了雷达数据的反演方法,并利用它对合肥地区对流层的大气气溶胶进行了探测。测量结果表明,该雷达具备昼夜连续观测对流层大气气溶胶的能力,可以很好地反映气溶胶粒子的时间与空间分布特征。

机载激光雷达对青岛及周边海域的气溶胶探测

工作波长为532nm的机载大气环境探测激光雷达AEDAL（Atmospheric Environment Detecting Airbome Lidar）装载在CMS-3807飞机上，于2005年11月7-11日期间在青岛地区及周边海域上空进行了飞行探测．此次实验的目的有两个：验证我国用于大气环境探测的激光雷达技术已经具备从地基向空基乃至天基发展的条件；获得青岛地区及周边海域边界层结构及大气气溶胶时空分布变化的特点．激光雷达的高时空分辨率为获取飞行路径上的边界层结构及气溶胶时空分布提供了可能．为了研究下垫面对边界层及气溶胶时空分布的影响，预定的飞行路径上包含了丰富的地形变化，有城市、丘陵、海区等．通过给出11月8日及11日的探测结果，不仅得到了不同地区边界层结构及气溶胶的时空分布特点，还可以看到冷锋、地形、地面气象场等因素对它们的影响．

合肥地区卷云的激光雷达探测

为了研究卷云的特征,我们利用L300米散射激光雷达对安徽省合肥地区(31．90°N,117．16°E)的高层卷云进行探测。这些卷云是在晴朗夜晚激光雷达进行对流层气溶胶常规测量的同时探测到的。分析讨论了卷云的结构、光学性质及其它们的时间变化特征。结果表明:该地区卷云的云峰主要分布在8—11 km范围之内,卷云的结构呈现一定的季节变化特征。

车载式1 064 nm和532 nm双波长米散射激光雷达

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1064nm和532nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测。该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术。该激光雷达使用1064nm和532nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300mJ,重复频率都为20Hz,光束发散角小于0.5mrad;望远镜接收视场为1～3mrad,滤光片的中心波长为1064nm和532nm,带宽1nm。分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532nm波长用3A/D采集卡、1064nm波长用了光子计数卡。给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10-5～1之间的消光系数,探测高度可达10km以上。

Raman-Mie激光雷达测量对流层大气气溶胶光学特性

为了研究合肥上空对流层大气气溶胶的光学特性,研制了一台Raman-Mie激光雷达,用来测量大气气溶胶的消光系数、后向散射系数和激光雷达比的垂直分布。介绍了研制的Raman-Mie激光雷达系统和数据处理方法,并且给出了几个测量结果。在冷锋过境时,激光雷达测量的整层对流层中大气气溶胶的后向散射系数的时空变化表明,大量的气溶胶粒子被冷空气输送到合肥上空,大气气溶胶在4 km以下的垂直分布有剧烈的变化,混合层顶的高度被抬升到了3 km附近。Fernald方法和Raman方法反演的大气气溶胶光学特性的对比结果表明,该激光雷达能够测量合肥上空大气气溶胶层中的消光系数、后向散射系数和激光雷达比廓线。

双波长双视场米散射激光雷达

介绍了一台双波长双视场米散射激光雷达,采用双接收通道分别用于高低层532 nm及1064 nm的同时探测,每个通道有各自独立的视场,可以兼顾低层大视场角低探测盲区和高层小视场角高探测高度的要求.该雷达系统能够自动连续探测532 nm及1064 nm大气气溶胶消光系数的垂直廓线和连续分布,并通过分析能够获得大气气溶胶的各种光学参数。对比验证实验表明,双波长双视场米散射激光雷达数据可靠,性能稳定。

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。

高层薄卷云消光后向散射比的求解方法

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量,我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比。在无大的天气系统过境的情况下,通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解,得出间歇性卷云的消光后向散射比,并与其他方法进行了对比分析,指明了该方法的可靠性和局限性。

AEDAL在青岛、渤海及黄海探测的定标反演

在不进行大气参数假设和加载其他辅助设备的情况下,通过对AEDAL机载大气环境探测激光雷达探测数据的分析,证明了用Slope法对空基激光雷达进行定标反演的可行性。AEDAL的定标反演结果,生动地展现了青岛地区及渤海、黄海海域气溶胶垂直分布、边界层结构及边界层光学厚度的重要特征。首先,冷锋过境,边界层高度明显下降的同时,气溶胶出现多层分布的现象,海区气溶胶垂直分布较陆地有明显的沉降现象。其次,青岛地区整个边界层光学厚度表现为城区最大、丘陵地区最小、渤海海区介于两者之间的分布特点,海区边界层光学厚度变化相对平缓,迎风坡附近的边界层光学厚度较周围有所增大。青岛至渤海这一区域,晴朗天气下边界层光学厚度的大小介于0.15～0.35之间,雾天则在0.3～0.45之间,而黄海海域则可达到0.55左右。这说明,青岛地区边界层气溶胶主要来自于城市和海洋,在冬季季风对气溶胶分布起作用的同时,山脉及地面风场对边界层气溶胶的输送有重要影响。

合肥春季气溶胶结构层探测研究

为了分析造成合肥上空春季自由对流层气溶胶浓度分布高于其它季节的原因,本文对偏振激光雷达2005～2008年期间春季常规测量和加密测量的数据结果进行再分析,从中提取了137组气溶胶结构层进行统计研究,并对2008年3月2日的观测结果作了个例分析。结果表明,特殊气溶胶结构层大多源于沙尘源区气溶胶粒子的远距离传输,其影响高度70%分布在2～4 km范围内,退偏振比大于0.1的结构层占据85%,这些结果可用于解释合肥春季自由对流层的气溶胶浓度分布偏高的原因。

激光雷达方舱天窗自动控制系统的设计

介绍了基于ATMEGA16的激光雷达方舱天窗自动控制系统的工作原理。着重阐述了系统硬件和软件实现的方法。系统以ATMEGA16单片机为核心,配合使用了一种新型雨水传感器和步进电机等设备,实现了对激光雷达方舱天窗开闭的自动控制。

瑞利-拉曼散射激光雷达探测大气温度分布

介绍一台用于夜晚探测大气温度分布的L6 2 5瑞利 拉曼 (Rayleigh Raman)散射激光雷达。采用Nd∶YAG激光器三倍频输出 35 5nm作为发射激光 ,利用弱光子计数技术检测大气中分子的瑞利散射和N2 分子振动拉曼散射回波 ,分析得到了平流层和对流层中上部大气温度的垂直分布廓线。其观测结果分别与HALOE/UARS卫星和无线电气象探空仪结果进行了对比分析。其中 ,激光雷达观测的平流层温度与HALOE卫星的结果对比表明 ,它们在高度 2 5～ 6 5km内显示出较好的一致性 ,2 0个夜晚的平均温度差别基本上小于 2K。激光雷达与无线电气象探空仪探测的对流层温度在高度为 5～ 18km内反映了较为一致的分布趋势 ,15个夜晚的平均温度差别在 6～ 16 5km高度内小于 3K。这些结果表明 ,L6 2 5瑞利 拉曼散射激光雷达观测数据可靠 ,可用于大气温度分布的常规观测和分析研究。

L625差分吸收激光雷达探测对流层臭氧

介绍了用于探测对流层大气臭氧的L6 2 5差分吸收激光雷达系统 ,叙述了该激光雷达的结构、探测大气臭氧的原理和数据处理方法。利用波长对 2 89～ 2 99nm和 2 89～ 30 8nm对合肥上空中、上部对流层的臭氧进行了对比测量。测量结果表明 ,这两对波长的测量结果差别约在 10 %左右。分析了 2 89～ 30 8nm波长对测量臭氧的结果和误差。 10km以下 ,2 89～ 30 8nm波长对测量的对流层臭氧统计误差绝对值一般小于 2× 10 11molecules/cm3 ,忽略气溶胶影响引起的相对系统误差一般小于 4 %。给出和分析了合肥地区对流层 5～ 15km臭氧柱含量的季节变化特征 ,柱含量最大的月份一般出现在第二季度 ,柱含量最小的月份一般出现在第三季度。

新型车载式拉曼激光雷达测量对流层水汽

水汽体积比仅仅占整个空气的0．1％～3％，但它却是大气中时空变化最为活跃的气体。拉曼激光雷达由于其测量精度高、探测范围广以及自动化程度高，成为现今测量大气水汽含量的新型工具。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所于2004年10月自行研制的国内首台车载式拉曼激光雷达的总体结构和主要技术参量，给出其相应激光雷达数据的反演方法，该激光雷达在合肥地区进行了实际测量和对比实验。测量结果显示：该激光雷达夜晚探测水汽的高度范围可以从近地面到达对流层中部8km左右。同时，该激光雷达还尝试进行了白天水汽探测实验，并首次得出突变层内的水汽混合比垂直廓线。