气溶胶雷达比和波长指数的仿真研究

为深入研究气溶胶光散射特性,以米散射理论和粒谱分布为基础,仿真计算了多种气溶胶的雷达比和波长指数,研究了二者与入射光波长、气溶胶尺寸及复折射率之间的关系。仿真结果表明水云和雾在355 nm、532 nm和1064 nm波长的激光雷达比均约为19 sr,波长指数的绝对值很小,表明消光系数与波长之间可不存在明显的依存关系。大陆型气溶胶的雷达比与其中soot型气溶胶的含量正相关,这与soot型气溶胶的强吸收性有关。大陆型气溶胶在532 nm波长的雷达比最大,在355 nm和1064 nm的雷达比相对较小。大陆型气溶胶的消光系数随波长增加而减小,其波长指数的平均值约为1.3。

非球形气溶胶粒子光散射特性的仿真分析

基于DDA法研究了复折射率、粒子形状和尺度参数对非球形气溶胶光散射特性的影响。仿真结果表明,气溶胶粒子的消光效率因子和散射效率因子随尺度参数增加呈减幅振荡。当复折射率实部增加时,消光效率因子和散射效率因子的振荡周期减小,而吸收效率因子略微增加;当复折射率虚部增加时,散射效率因子的振荡幅值和振荡中心值减小,而吸收效率因子显著增加。复折射率虚部增大时,椭球气溶胶粒子群的雷达比增大,退偏比减小。在近瑞利散射区,粒子形状对粒子的光散射特性影响较小,在米散射区时,粒子光散射特性与粒子形状密切相关。消光效率因子和散射效率因子随尺度参数变化的振荡幅值、周期和中心值一定程度上也反映了椭球形气溶胶粒子的非球形特征。

Raman-Mie激光雷达探测西安地区夏季气溶胶光学特性

采用Raman-Mie激光雷达探测了西安地区夏季气溶肢的光学特性,分析了消光系数、后向散射系数和雷达比在不同天气条件下的变化规律.实验结果表明,强降雨后,气溶肢消光系数在2-5 k m 范围内递减,并在5 k m 以上趋于稳定;相对于降雨前,降雨后低层气溶肢消光系数明显增大,而3 k m 以上高度范围内雷达比减小.这可能是由雨后气溶肢沉降、底层水汽密度增加所引起的.统计结果表明,晴天无云时,2-3 k m 范围内气溶肢的消光系数和雷达比均比较稳定,消光系数在0. 2-0. 3 km^-1之间,雷达比的平均值约为50 sr;3 -5 k m 范围内消光系数和雷达比均随高度递减;5-8 k m 范围内,消光系数和雷达比逐渐趋于稳定,消光系数和雷达比的平均值分别约为0.05 km^-1和20sr,表明此范围内仍有微量的气溶肢粒子存在.实验期间,水云的雷达比约为17 sr.

气溶胶激光雷达比的迭代反演

基于Fernald法研究了激光雷达比设定值与激光雷达有效探测范围内气溶胶光学厚度之间的函数关系。针对函数的连续性,提出了以光学厚度为收敛判据,采用二分法反演低层气溶胶激光雷达比的新方法。2014年7月下旬,利用太阳光度计和西安理工大学自主研发的拉曼-米氏激光雷达对西安局部地区大气进行了实验观测,并利用所提出的方法进行了数据反演。实验结果表明,西安局部地区气溶胶激光雷达比在观测期间比较平稳,基本为44或45。降雨当天,受大气湿度影响,激光雷达比值较大为51。利用激光雷达米氏散射回波信号和太阳光度计探测数据,提出了采用迭代反演算法开展气溶胶激光雷达比精细反演新方法,对研究气溶胶光学特性的精细反演算法具有重要的意义。

同轴米散射激光雷达自准直系统设计

针对同轴米散射激光雷达,提出了判断出射激光束光轴和望远镜光轴是否同轴的准直判据。以判据最大化为控制目标,以二维电动镜架为执行机构,采用变步长调节算法,设计了同轴米散射激光雷达自准直系统。实验结果表明该系统可实现高精度快速自准直调节,调节精度可达0.05mrad,验证了准直判据和调节算法的有效性。这有利于实现激光雷达系统的自动化和无人值守。