探测大气温度和气溶胶的瑞利_拉曼_米氏散射激光雷达_伯广宇
摘要 研制了一台瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达 , 实现了对流层和平 流层大气 温度和 密度的 探测 。 作为 多参数 大 气探测系统 , 该激光雷达也实现了夜间 至 25 km 、白天至 5 km 高度气溶胶的探测能力 ;其中激光 雷达是探测平流层 气溶胶最有效的手段之一 。 利用该激光雷达对目前合肥 地区对 流层温 度 、平 流层逆 温现象 、对流 层和平 流层气 溶 胶做 了探测和分析 , 并给出若干典型结果 。 分析表明 , 该激光雷达数据可靠 , 可用于大 气温度 、密度 、气溶胶的常 规 观测和分析研究 。 关键词 激光技术 ;激光雷达 ;大气温度 ;气溶胶 ;大气密度 中图分类号 T N 958.98 文献标识码 A doi :10.3788/ AOS20103001 .0019
图 1 RM M 激光雷达系统结构框图 Fig .1 Block diag ram o f Ray leig h-Raman-M ie lidar
发射单元采用 Co nt inuum 公司的 SureliteII 型 高透的分色镜(di chroic beam split ter)分离 , 607 nm 激光器 , 波长 532 nm , 单脉冲能 200 mJ , 重 复频率 拉曼信号由 607 nm 通道接收 , 532 nm 光再经 96 % 20 H z 。接收望远镜使用 Meade 公司 350 m m 口径 透射 、4 %反射的分束镜(beam split ter)分为高低两 的卡塞格林望远镜 , 接收视场 2 .5 m rad 。532 nm 和 路 , 分别被 532 nm 高层和低层通道接收 。 532 nm 607 nm 回波光经望 远镜小孔光 阑和准直 镜 , 通 过 通道和 607 nm 通道分别采用 0 .5 nm 和 0 .3 nm 带 607 nm 波长全反(反射率大于 97 %)、532 nm 波长 宽的滤光片 。拉曼回波信号较气溶胶米氏散射回波
本文介绍一台中国科学院安徽光学精密机械研
究所研制的瑞利-拉曼-米氏温度 、气溶胶和卷 云探 测激光雷达 , 首先叙述了各部分的技术结构和工作 方法 , 给出激光雷达数据处理方法和典型的测量结 果 , 然后将测量结果与其他激光雷达以及卫星数据
作对比分析 , 验证 RRM 激光雷达测量结果的可靠 性 , 最后对合肥地区初步的温度和气溶胶测量结果 做分析和讨论 。 激光雷达观测的大气温度 、气溶胶 和云的光学特性等资料 , 将为气象研究和大气环境 评估 、航空航天及军事应用提供重要的大气参数 , 并 且有助于建设我国自主的大气模式[ 7] 。 地基激光雷 达的探测资料 , 也可为卫星测量提供对比验证数据 。
激光雷达 , 尤其是大型拉曼激光雷达和瑞利激 光雷达 , 系统复杂 、价格高昂 , 不利于激光雷达组网 建设 , 因此 , 单台激光雷达高效综合多种手段来遥感 大气参数 , 已受到了人们的重视 。 由于瑞利-拉曼米氏(Ray leig h-Ram an-M ie , RRM)激 光雷 达采 用 瑞利 、拉曼 、米氏散射等多种手段探测大气参数 , 提 高了激光雷达的资料覆盖率 , 因此 , 研制结构紧凑的 瑞利-拉曼-米氏激光雷达将有助于提高激光雷达的 性价比 , 为我国激光雷达网组建的预先研究打下技 术基础 。
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光 学 学 报
30 卷
大气辐射收支平衡 , 对气候效应评估 、大气环 境及激光大气传输等研究具有重要意义 , 进行大气 气溶胶光学特性的测量一直是气侯 、环境和大气科 学等研究领域中十分关心的问题 , 激光雷达为大气 气溶胶和卷云的探测提供了有力的工具 , 国内外均 开展了激光雷达探测气溶胶和卷云的相关工作[ 6] 。
当使用 532 nm 高层通道探测对流层气溶胶和 高层卷云时 , 强回波信号会使 R4632 饱和 , 故需要 在 532 nm 高层通道接收光路上加相应强度的衰减 片 , 同时使 532 nm 高层通道的光电倍增管门控的 开门高度为5 km , 保证 R4632 光电倍增管的线性 , 通过 532 nm 高低两个通道米氏散射回波信号的拼 接 , 反演对流层气溶胶光学参数 。通过控制 532 nm 高层通道的光电倍增管门控的开门高度为 10 km , 结合对接收光路加相应强度的衰减片 , 可以实现对 平流层气溶胶的探测能力 。
3 大气温度的激光雷达探测结果
RRM 激光雷达建成 后 , 在晴朗无 云的夜晚 进 行了观测试验 , 观测地点位于合肥市西郊(31 .9N , 117 .17E)。 选择 RRM 激光 雷达 2008 年 11 月 20 日的温度观测结果 , 与中国科学院安徽光学精密机 械研 究 所 L625 大 型 激 光 雷 达 (L 625 拥 有 氮 气 607 nm拉曼信号及空气分子 532nm 瑞利信号的探 测能力)同时 、同 地点的观测 结果 , 以及美国 Aura 卫星的微波临边探测器(Microw ave Lim b Sounder , M LS)传感器同一天 在(31 .13N , 113 .22E)地点 的 观测结果作对比 , 验证 RRM 激光雷达的测量结果 。
收稿日期 :2009-02-10 ;收到修改 稿日期 :2009-03-13 基金项目 :国家 973 计划(2006CB403702)资助课题 。 作者简介 :伯广宇(1980 —), 男 , 博士研究生 , 主要从事激光雷达大气探测方面的研究 。 E-mail :bog uangy u @so hu.co m 导师简介 :周 军(1945 —), 男 , 研究员 , 博士生导师 , 主要从事大气探测方面的研究 。 E-mail:jzho u@aiofm .ac .cn
影响 , 并且探测高度受天气条件的制约 。 中层大气 一般使用火箭探空或星载红外或微波辐射计探测 , 但是 , 火箭探空价格不菲 , 因此不利于长期的观测 ; 而卫星探测的空间分辨率较低(千米量级)。拉曼和
瑞利激光雷达 在大气温度和密度探测 的时空分辨
率 、探测高度 、测量精度和长期连续的观测能力上 , 具有很大的优势 , 是其他遥感手段不能比拟的 。 近 年 , 国外已有应用 1 ～ 2 m 大口径望远镜和高功率 激光器 , 实现最大温度探测高度达 80 km 的瑞利激 光雷达[ 4] 、以及最大探测高度达 25 km 的拉曼激光 雷达的报道[ 5] 。
Abstract A Rayleigh-Raman-Mie Lidar (RRML)has been developed for measuring atmospheric temperature, density and aerosol profiles.As a combined system, RRML has the ability to measure aerosol and cirrus up to 25 km at night and 5 km during daytime.Especially, lidar is the most efficient method in measuring stratospheric ing RRML system, the change of tropospheric temperature, the inversion layer at stratosphere and the background aerosol at stratosphere has been detected in Hefei , China.The results indicate that measurements of RRML are reliable, and RRML can be employed for the routine observations and the analysis of atmospheric temperature and aerosol. Key words laser technique;lidar ;atmospheric temperature;aerosol ;atmospheric density
Rayleigh-Raman-Mie Lidar for Atmospheric Temperature and Aerosol Profiles Measurement
Bo Guangyu Liu Bo Zhong Zhiqing Zhou Jun
(Laborat ory of Atmospheric Optics , Anhui Instit ut e of Optics and Fine Mechanics , Chinese Academy of Sciences , Hefei , Anhui 230031 , China)
第 30 卷 第 1 期 2010 年 1 月
光 学 学 报 ACTA OPTICA SINICA
V ol .30, N o .1 January, 2010
文章编号 :0253-2239(2010)01-0019-07
探测大气温度和气溶胶的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达
伯广宇 刘 博 钟志庆 周 军
1期
伯广宇等 : 探测大气温度和气溶胶的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达
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信号弱约三个量级 , 故要求 607 nm 拉曼通道对波 长相邻的 532 nm 回波光有很强的截止能力 , 因此 607 nm通道增加对 532 nm 光的截止片 。
瑞利和拉曼高层回波信号很微弱 , 为提高其信 噪比 , 需要采用高灵敏度 、高量子效率的探测器和光 子计数技术检测 , 故 607 nm 通道和 532 nm 高层通 道采用滨松(H am am atsu)公司的极高灵敏度 、高增 益的 R4632 型 光电 倍 增管 , 信 号采 集选 用 F AST Co m Tec 公司的 P 7882 型光子 计数卡 。 532 nm 低 层通道信号检测采用 H am amat su 公司的 H 5783 型 光电倍增管 , 该型光电倍增管在低层大气气溶胶强 回波信号的检测上有较高的性价比 , 信号采集采用 PCI-9812 型 A/ D 数据采集卡 。
瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度
瑞利 散 射激光 雷 达适 合于探 测 ３ ０ ｋ ｍ 以上高度 大气 温度 的分 布 。其 主要原 理是 ： 假设 ３ ０ ｋ ｍ 以上 的大 气 为 洁净 大气 ， 回波 主要 是分 子瑞 利散 射信号 ， 气溶 胶 粒子 的米散 射 信号 则可 以忽 略 。大 气 密 度 』 ＼ ， （ ） 可 由瑞 利
高层温度降低 ； 平流层温度月变化方面 ， 除局 部 由 于行 星 星 际 波 的 影 响 外 ， 各 月 份 平 流 层 温 度 整 体 上 相 对 比 较
稳定 ， 激光雷达所测大气温度与大气模式 温度具 有一定 的差别 。最后 ， 利 用 平 流 层 温 度 廓 线 提 取 了 重 力 波 信
激 光雷达 的 回波信 号 表示 ， 然后 结合 理想 气体状 态方 程和 大气 静 力学方 程 ， 则可求 得 对应 高度 的温 度
丁 （ ） 』 ＼ ， （ 。 ） ＋ ｌ ｇ （ ） Ｎ（ ｚ ） ｄ
， ｆ （ 一 — — 一 一 （ １ ）
式中： Ｎ（ ｚ ） 和 Ｎ（ ） 分 别是对 应 高度 和 。上 的大气分 子密 度 ， 。 为参考 高度 ； 是为波 耳兹 曼 常数 ； Ｊ 。 （ ｚ ） 为 高度 上 的质 量密 度 ； ｇ（ ） 为 高度 上 的重 力加 速度 ； Ｍ 为大 气平 均分 子量 ； 丁（ ） 和 Ｔ（ ｚ 。 ） 分别 是对应 高度 和 上 的大 气温 度【 。
Ｉ ＼ 令兵 ， 郭胜利。 ， 田 力１ ， ３ ， 郜海 阳 ， 黄兴友
（ １ ．气 象 灾 害 教 育 部重 点 实 验室 （ 南京信息工程大学） ，南 京 ２ １ ０ ０ ４ ４ ； ２ ．南 京 信 息 工 程 大 学 数 理 学 院 ，南京 ２ １ ０ ０ ４ ４ ； ３ ．河 南省 气 象服 务 中心 ，郑 州 ４ ５ ０ ０ ０ ３ ）
瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度
瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度卜令兵;郭胜利;田力;郜海阳;黄兴友【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2014(26)1【摘要】为了解平流层大气温度变化规律,利用瑞利拉曼-米散射激光雷达对南京上空平流层温度进行长期观测,对观测数据的分析表明:夜晚平流层温度受到重力波的影响,重力波破碎会导致局部温度升高,温度相对变化可以达到12％;在季节变化的过渡月份(4月和10月),平流层中低层温度会有所升高,对应的平流层高层温度降低;平流层温度月变化方面,除局部由于行星星际波的影响外,各月份平流层温度整体上相对比较稳定,激光雷达所测大气温度与大气模式温度具有一定的差别.最后,利用平流层温度廓线提取了重力波信息.【总页数】5页(P306-310)【作者】卜令兵;郭胜利;田力;郜海阳;黄兴友【作者单位】气象灾害教育部重点实验室(南京信息工程大学),南京210044;南京信息工程大学数理学院,南京210044;气象灾害教育部重点实验室(南京信息工程大学),南京210044;河南省气象服务中心,郑州450003;气象灾害教育部重点实验室(南京信息工程大学),南京210044;气象灾害教育部重点实验室(南京信息工程大学),南京210044【正文语种】中文【中图分类】TN985.98【相关文献】1.瑞利激光雷达探测大气温度廓线 [J], 何志芳;肖敏;姚秋云;段文静2.瑞利激光雷达探测北京上空中间层低逆温层 [J], 陈林祥;杨国韬;王继红;程学武;岳川3.武汉上空平流层气溶胶的激光雷达探测结果的初步分析 [J], 余长明;易帆4.瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度 [J], 吴永华;胡欢陵;胡顺星;周军;张民5.瑞利激光雷达探测大气温度算法分析 [J], 刘小勤;胡顺星;翁宁泉;李琛;胡欢陵;张寅超因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达
ｌ 测 量 原 理
平 流层 中上部 （ ５ ｏｋ 以上 ） 溶胶 含量 很低 ， 弹 性散 射 信号 相 对 于 大气 分 子 的瑞 利 散 射信 号 而 言 ２ ～３ ｍ 气 其
可 以忽 略 ， 时 ， 以近 似认 为大 气 回波信 号仅 包括 瑞 利散 射 信 号 。假 设 某 一高 度 处 大气 密 度 已知 ， 激 光 雷 此 可 对 达方 程稍 加变 形 ， 根 据激光 雷 达 回波信 号可 以得 到 大气密 度廓 线 ， 并 为
均 显示 较 好 的 一 致 性 ， 明 了 激 光 雷 达 温 度 测 量 结 果 的准 确 性 ， 温 度 测 量 数 据 可 以用 于气 象学 研 究 。 证 其 关 键 词 ： 瑞 利 一 曼 激 光 雷 达 ； 大 气 温度 廓 线 ； 小 波 降 噪 ； 温 度 反 演 拉
1001432207144904用于大气温度廓线测量的瑞利南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室南京210044中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心合肥230031国家知识产权局专利审查协作中心北京100190大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布建立了瑞利拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利拉曼激光雷达的主要参数
２ ．中 国 科 学 院 安 徽 光 学 精 密机 械 研 究 所 大 气 光 学 中 心 ，合 肥 ２ ０ ３ ； ３ ０ ｌ
３ ．国 家 知 识 产 权 局 专 利 审 查 协 作 中心 ，北 京 １ ０ ９ ０ １ ０）
摘 要 ： 大气 温 度 廓 线 及 其 时 间 演 变 特 征 资 料 在 地 球 科 学 领 域 具 有 重 要 的 应 用 ， 获取 高 时 空 分 辨 的 大 为
用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达
用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达卜令兵;郭劲秋;田力;黄兴友;刘博;冯永伟【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2010(22)7【摘要】大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用,为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布,建立了瑞利-拉曼温度测量激光雷达.介绍了瑞利-拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利-拉曼激光雷达的主要参数;数据处理方面,通过背景噪声剔除和小波算法降噪提高系统的信噪比;使用研制的激光雷达对大气温度廓线进行观测,将观测结果与大气模式数据和卫星观测结果进行对比,均显示较好的一致性,证明了激光雷达温度测量结果的准确性,其温度测量数据可以用于气象学研究.【总页数】4页(P1449-1452)【作者】卜令兵;郭劲秋;田力;黄兴友;刘博;冯永伟【作者单位】南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,大气光学中心,合肥,230031;国家知识产权局,专利审查协作中心,北京,100190【正文语种】中文【中图分类】TN958.98【相关文献】1.瑞利激光雷达探测大气温度廓线 [J], 何志芳;肖敏;姚秋云;段文静2.基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量仪设计 [J], 江伦;张雷;董科研;安岩;王超;佟首峰3.南京地区低空雾霾气溶胶的拉曼-瑞利-米激光雷达测量 [J], 曹念文;杨丰恺;施建中;王帆;田力;卜令兵;夏俊荣4.探测对流层底部CO_2廓线振动拉曼激光雷达定标实验 [J], 赵培涛;周建坤;曹开法;胡顺星5.DCIM激光雷达测量湍流廓线反演算法及数值仿真研究 [J], 黄克涛;吴毅;侯再红;靖旭;程知;崔利果因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
南京地区低空雾霾气溶胶的拉曼-瑞利-米激光雷达测量
ｍ，大气边界层气溶胶出现的高度为１
ｏｏｏ
ｍ左右，厚度大约为１
５００ ｍ。
关键词：雾霾；激光雷达；气溶胶；散射
中图分类号：ＴＮ２１９；０６４８．１８ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡ０２０１２３３．０５０７００２
Ｌｏｗ ａｌｔｉｔｕｄｅ
ｆ０矿ｈａｚｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂｙ
ＲａｍａｎＩＲａｙｌｅｉｇｈ－Ｍｉｅ ｌｉｄａｒ ｉｎ Ｎａｎｊ ｉｎｇ
强度是前面（１５：ｏｏ一１８：００左右）观测结果的３倍， 这说明天气条件发生变化，出现了不同性质的雾霾。 图２中９个图形都表示到５００ ｍ高度以后，激光雷 达没有回波，说明激光不能穿透雾霾层。但图２中 前６个图形距离平方矫正信号强度很小，比后３个 图形强度小很多。这说明前６个图形是浓雾，后向
万方数据
１９：ＯＯ ｉｎ ｔｈｅ ｅｖｅｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｆｏｇ—ｈａｚｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｏｎ
ｔｈａｔ ｄａｙ． Ｔｈｅ ｆｏｇ—ｈａｚｅ １ｉｄａｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ａｅｒｏｓｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｆｏｇ—ｈａｚｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｎｏｒｔｈ ｓｕｂｕｒｂ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ， ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ
ｂｙ Ｒａｍａｎ—Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｍｉｅ
ｌｉｄａｒ ｉｎ ｔｈｅ
ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ
ｏｎ
ｗｅａｔｈｅｒ ｆｏｒｅｃａｓｔ． ｆｒｏｍ ０１：００
基于Fernald方法532nm激光雷达气溶胶探测试验
基于Fernald方法532nm激光雷达气溶胶探测试验柳云雷;李华;陈玉宝;高玉春【摘要】大气气溶胶浓度变化和迁移输送直接影响到人们的健康和生存环境,同时对许多大气物理过程都产生重要影响.基于对连续探测不同高度上气溶胶的分布,且时间和空间分辨率相对较高,以及观察大气气溶胶对流层的细化结构和变化过程的目的,研制一台532nm小型微脉冲米散射激光雷达,于2013年4月1日夜间进行观测实验获取数据,后期利用Fernald方法对探测数据进行反演分析,观测到北京夜间气溶胶的变化过程.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)016【总页数】3页(P88-90)【关键词】米散射;气溶胶;微脉冲;激光雷达;Fernald【作者】柳云雷;李华;陈玉宝;高玉春【作者单位】成都信息工程学院电子工程学院,四川成都610225;中国气象局气象探测中心,北京100081;大连市气象装备保障中心山东大连116001;中国气象局气象探测中心,北京100081;中国气象局气象探测中心,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TN99激光雷达（Light Detection And Ranging，LiDAR）是一种拥有较高时空分辨率的主动式现代光学遥感设备，以激光器作为辐射源，光电探测器为接收器件，光学望远镜为天线，通过探测激光与目标物相互作用而产生的辐射信号来遥感目标物的一种雷达。
它具有高分辨率、抗干扰能力强、结构简单、易于操作等优点，可用来进行精细测距、测速、测角，还可进行超低空飞行目标的跟踪，同时由于其结构简单小巧，便于隐蔽，在军事技术装备中也得到较为广泛的应用[1]。
在气象方面激光雷达主要用于研究测量和观察地球大气的物理和化学特性以及一些大气现象，内容主要有大气气体成分浓度、气溶胶、温度、湿度、压力、风场、大气涡流、蒸发、云、辐射、大气能见度等[2]。
1 米散射激光雷达探测原理激光雷达探测原理主要是以脉冲激光器作为光源，向大气中发射高功率的窄脉冲激光束，当激光照射气溶胶时产生散射现象，利用光学望远镜收集散射的回波信号进行能量或光谱分析，还可将回波信号进行光电转换后送入计算机进行数据处理，从而获得大气参量的高度分布[3]。
探测大气温度和气溶胶的瑞利_拉曼_米氏散射激光雷达_伯广宇
RRM 激光雷达垂直向大气 中发射 532 nm 的 脉冲激光 , 通过探测激光与大气相互作用的辐射信 号来遥感大 气 。 RRM 激光雷 达通 过测 量气 溶胶 532 nm米氏散射信号 , 可以反演气溶胶后向散射系 数廓线 。通 过测量 氮气 分子 607 nm 振 动拉 曼信 号 , 可以反演对流层温度廓线 , 以及气 溶胶消光系 数 、后向散射系数 、消光后向散射比廓线 。 通过探测 空气分子 532 nm 瑞利散射信号 , 可以反演平流层 温度廓线 。 RRM 激光 雷达主 要包 括激 光发 射单 元 、光 学接收 单元 、信号 检测和 处理 单元三 部分 , 图 1是系统的结构框图 。
(中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气光学中心 , 安徽 合肥 230031)
摘要 研制了一台瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达 , 实现了对流层和平 流层大气 温度和 密度的 探测 。 作为 多参数 大 气探测系统 , 该激光雷达也实现了夜间 至 25 km 、白天至 5 km 高度气溶胶的探测能力 ;其中激光 雷达是探测平流层 气溶胶最有效的手段之一 。 利用该激光雷达对目前合肥 地区对 流层温 度 、平 流层逆 温现象 、对流 层和平 流层气 溶 胶做 了探测和分析 , 并给出若干典型结果 。 分析表明 , 该激光雷达数据可靠 , 可用于大 气温度 、密度 、气溶胶的常 规 观测和分析研究 。 关键词 激光技术 ;激光雷达 ;大气温度 ;气溶胶 ;大气密度 中图分类号 T N 958.98 文献标识码 A doi :10.3788/ AOS20103001 .0019
当使用 532 nm 高层通道探测对流层气溶胶和 高层卷云时 , 强回波信号会使 R4632 饱和 , 故需要 在 532 nm 高层通道接收光路上加相应强度的衰减 片 , 同时使 532 nm 高层通道的光电倍增管门控的 开门高度为5 km , 保证 R4632 光电倍增管的线性 , 通过 532 nm 高低两个通道米氏散射回波信号的拼 接 , 反演对流层气溶胶光学参数 。通过控制 532 nm 高层通道的光电倍增管门控的开门高度为 10 km , 结合对接收光路加相应强度的衰减片 , 可以实现对 平流层气溶胶的探测能力 。
探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达研究的开题报告
探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达研究的开题报告一、研究背景随着现代制造业、交通运输、城市化进程的发展以及人口的不断增加，大量化石能源的消耗导致二氧化碳等温室气体的大量排放，使得地球气候正在发生变化。
为了更好地了解和掌握大气的变化规律，需要对大气进行多方位、多参数、高时空分辩率的监测和分析。
目前，传统的大气探测手段主要包括探空和卫星遥感。
探空仪器可以获取大气垂直方向的温度、湿度、气压和风速等参数数据，但无法在水平方向进行实时监测。
卫星遥感可以在全球范围内获取大气的温度、湿度、气压、云量等信息，但受限于遥感技术的精度和分辨率，无法满足对局地大气的实时观测需求。
近年来，激光雷达作为一种新兴的大气探测手段，已成为研究大气动力学、气象学和环境科学的重要工具之一。
随着激光器技术的发展和激光雷达系统的不断优化，现已具备对大气进行高时空分辨率的探测和监测的能力。
二、研究内容和目标本研究主要针对探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达进行研究。
对流层低层大气温度的时空变化是大气动力学、气象学和环境科学研究中的一个重要问题，而传统的大气探测手段在对其进行实时监测时存在诸多不足。
采用激光雷达技术可以实现对大气低层温度的实时、高时空分辨率监测，有望为大气科学研究和环境监测提供新的思路和手段。
具体研究目标如下：1. 设计并构建对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达系统，包括激光器、探测器、光学投射收集系统和数据采集处理系统等部分。
2. 利用转动拉曼激光雷达系统对大气低层温度进行分析，并获取温度空间分布特征，实现对大气低层温度进行高时空分辨率的探测和监测。
3. 对探测结果进行数据处理和分析，利用计算机软件实现数据的可视化和呈现。
4. 对转动拉曼激光雷达系统的性能进行测试和优化，提高系统的探测精度和可靠性。
三、研究方法和技术路线1. 系统设计。
结合对转动拉曼激光雷达原理的研究，设计对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达系统，并进行系统组装和测试。
南京地区低空雾霾气溶胶的拉曼-瑞利-米激光雷达测量
（ ｃ ｏ ｌｏ ｍｏ ｐ ｅｉ ｙ ｉｓ Ｓ ｈ ｏ ｆＡｔ ｓ ｈ ｒｃＰｈ ｓｃ ，Ｎａ ｊ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｎｏ ｍａ ｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ｎｉ ｉｅ ｓｔ ｆＩｆ ｒ ｔｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｎａ ｊｎ ０ ０ ４，Ｃｈｎ ） ｎｉｇ ２ ０ ４ ｉａ
Ｒ ｍａ － ｙｅｇ － ｉ ｌ ａ ｎ ｇ ａ ｎＲａ ｌｉｈＭ ｅ ｉ ｒｉ Ｎａ ｊｎ － ・ ｄ ｎ ｉ
ＣＡＯ ａ — ｎ，ＹＡＮＧ ｎ — ａ ，Ｓ ＩＪａ ｏ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ａ Ｆ ｎ， ＴＩ Ｎ ，Ｂ Ｌｉｇ ｂ ｎ ，ＸＩ Ｊ ｎ ｒ ｎ Ａ Ｌｉ Ｕ ｎ — ｉ ｇ Ａ —ｏ ｇ ｕ
关键 词 ： 霾 ； 光 雷达 ； 雾 激 气溶胶 ； 散射
中图分类号 ： ＴＮ２ ９ ０６ ８ １ １ ； ４．８ 文献 标 志 码 ： Ａ ｄｉ１ ．７ ８ Ｊ ２ １ ３ ． ５ ７０ ｏ ： ０ ５ ６ ／ ＡＯ ０ ２ ３ ０ ０ ０ ２
Ｌｏ ａ ｔｔ ｄｅ ｆ ｇ ｈａ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｙ ｗ ｌｉｕ ｏ － ｚ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｂ
瑞利激光雷达探测中层大气密度和温度
瑞利激光雷达探测中层大气密度和温度黎莲春;敖发良【摘要】利用瑞利(Rayleigh)散射激光雷达探测中层大气密度和温度的原理和方法,能够探测30～90 km范围的中层大气密度和温度的垂直分布.根据这种方法和实际测量得到的数据,把反演得到的结果与标准大气模型CIRA86观测结果进行了对比,凸显具有较好的一致性.在一般情况下, 30～65 km高度范围内激光雷达获得的大气密度与CIRA86密度偏差≤5 %;温度偏差＜3 k,而在75 km以上温度偏差较大.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2010(030)004【总页数】4页(P281-284)【关键词】激光雷达;瑞利散射(Rayleigh);中层大气;大气密度和温度【作者】黎莲春;敖发良【作者单位】桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TN929.1研究中层大气热结构旨在理解动态过程、辐射过程和化学过程,且耦合不同地区的大气,是非常重要的。
虽然温度控制着化学反应速率和臭氧含量,但是平流层的温度结构被臭氧含量和温室效应气体控制着。
随着激光雷达技术的引进,通过高时空分辨率的瑞利激光雷达可以获得比较精确的中层温度廓线。
激光雷达探测大气在理解中层大气动态诸如温度结构短期和长期变化、潮汐和重力波等方面很有用。
长期温度观测在探测基于人类活动和太阳活动而导致气候变化很有用。
据报道,由于潮汐而导致的温度差异为3 k,其最大值出现在平流层顶,且季节变化而产生的误差高达2 k。
通过同时测量进行比较,发现偏差跟正在迁移的潮汐或者目前状态的潮汐有关,而不是设备特性问题。
激光雷达的高分辨率有助于观测中间层逆温层,在70～85 km之间,低纬度的中间层逆温层由瑞利激光雷达探测获得,而高纬度的逆温层由钠激光雷达获得。
卫星观察也可以发现逆温层。
激光雷达测量设备经常设置在大陆表面(一般在中高纬度)。