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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)探測

針對全球范圍內(nèi)大氣參數(shù)實時監(jiān)測技術(shù)需求，以地表30千米內(nèi)與人類活動密切相關(guān)的大氣空間為探測對象，依據(jù)大氣分子的拉曼散射原理，開展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的紫外域波長激光雷達(dá)探測大氣水汽、溫度和氣溶膠特性的系統(tǒng)及實驗研究，主要涉及拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)探測技術(shù)、微弱信號提取技術(shù)與方法、大動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)拼接與校正技術(shù)、多參量并行精細(xì)探測及反演技術(shù)和模塊化系統(tǒng)集成技術(shù)與對比實驗研究等多學(xué)科交叉技術(shù)。結(jié)合多年來研究大氣水汽和溫度拉曼激光雷達(dá)技術(shù)的積累，研制了以特殊分色1片和窄帶干涉濾光片為核心的拉曼分光系統(tǒng)，實現(xiàn)了大氣分子的振動和轉(zhuǎn)動拉曼信號的精細(xì)提取技術(shù)，構(gòu)建了拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對大氣水汽、溫度與氣溶膠廓線的精細(xì)探測。長期實驗探測性能穩(wěn)定，可靠性高，可作為區(qū)域性大氣和空間環(huán)境地基激光雷達(dá)監(jiān)測基地繼續(xù)開展長期觀測實驗研究。

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大氣拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

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(jìn)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(dá)(355、532和1064nm)對北京上空氣溶膠進(jìn)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(dá)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(dá),對北京上空氣溶膠進(jìn)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(jìn)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(dá)軍事

激光掃描方法不僅是軍內(nèi)獲取三維地理信息的主要途徑，而且通過該途徑獲取的數(shù)據(jù)成果也被廣泛應(yīng)用于資源勘探、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)開發(fā)、水利工程、土地利用、環(huán)境監(jiān)測、交通通訊、防震減災(zāi)及國家重點建設(shè)項目等方面，為國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和科學(xué)研究提供了極為重要的原始資料，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，展示出良好的應(yīng)用前景。低機(jī)載LIDAR地面三維數(shù)據(jù)獲取方法與傳統(tǒng)的測量方法相比，具有生產(chǎn)數(shù)據(jù)外業(yè)成本低及后處理成本的優(yōu)點。目前，廣大用戶急需低成本、高密集、快速度、的數(shù)字高程數(shù)據(jù)或數(shù)字表面數(shù)據(jù)，機(jī)載LIDAR技術(shù)正好滿足這個需求，因而它成為各種測量應(yīng)用中深受歡迎的一個高新技術(shù)。

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