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(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。有必要對氣溶膠光學(xué)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(xué)參數(shù)的自動算法[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激光雷達反演算法[3,4]。實現(xiàn)了對北京上空氣溶膠光學(xué)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(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(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(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)。對比光學(xué)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(fù)折射指數(shù)),個例和統(tǒng)計分析表明結(jié)果合理。

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拉曼氣溶膠激光雷達分類

目前，激光雷達的種類很多，但是按照現(xiàn)代的激光雷達的概念，常分為以下幾種:

按激光波段分：有紫外激光雷達、可見激光雷達和紅外激光雷達。

按激光介質(zhì)分：有氣體激光雷達、固體激光雷達、半導(dǎo)體激光雷達和二極管激光泵浦固體激光雷達等。

按激光發(fā)射波形分：有脈沖激光雷達、連續(xù)波激光雷達和混合型激光雷達等。

按顯示方式分：有模擬或數(shù)字顯示激光雷達和成像激光雷達。

按運載平臺分：有地基固定式激光雷達、車載激光雷達、機載激光雷達、船載激光雷達、星載激光雷達、彈載激光雷達和手持式激光雷達等。

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拉曼氣溶膠激光雷達

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用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測技術(shù)手段的主動遙感設(shè)備。激光雷達是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測技術(shù)結(jié)合的先進探測方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng) 、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)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)諧的固體激光器以及光學(xué)擴束單元等組成;接收系統(tǒng)采用望遠鏡和各種形式的光電探測器，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器件等組合。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多1普勒等激光雷達。

成像拉曼氣溶膠激光雷達水下探物

美國諾斯羅普公司為美國高1級研究計劃局研制的ALARMS機載水1雷探測系統(tǒng)，具有自動、實時檢測功能和三維定位能力，定位分辨率高，可以24小時工作，采用卵形掃描方式探測水下可1疑目標。

美國卡曼航天公司研制成功的機載水下成像激光雷達，特點是可對水下目標成像。由于成像激光雷達的每個激光脈沖覆蓋面積大，因此其搜索效率遠遠高于非成像激光雷達。另外，成像激光雷達可以顯示水下目標的形狀等特征，更加便于識別目標，這已是成像激光雷達的一大優(yōu)勢。

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