丁红星[1]2004年在《激光雷达对苏州城区对流层气溶胶的观测》文中认为在诸多影响气候变化的因子中,云和气溶胶是两个非常重要的影响因子,但其同时具有很强的不确定性。对流层气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射及地球的长波辐射而影响着局地、区域乃至全球的气候。因此,进行对流层气溶胶光学特性的测量已为各国所重视。 激光雷达是云和气溶胶探测的有力工具,其在对流层气溶胶探测方面具有其它探测手段难以比拟的全面优势。本文概述了激光雷达的发展进程及其应用现状,并对自行研制的一套1064nmMie散射激光雷达系统的工作机制、技术原理及相关技术参数作了详细介绍。讨论了接收信号的校准过程和系统的几何重迭因子校准方法,并列出了严格的校准步骤。 介绍了气溶胶探测的意义及理论根据,同时系统地阐明了测得数据的处理方法及气溶胶激光雷达方程反演解理论。并在此基础上对自测的苏州城区夜晚的实验数据进行处理和分析,给出了若干典型的苏州城区对流层气溶胶的消光系数垂直廓线图以及总体的二维等高图。
李洪敬[2]2005年在《苏州城区1064nm激光雷达大气消光特性的研究》文中提出文中综述了激光雷达的发展现状,以及激光雷达探测大气气溶胶消光特性的理论基础;详细介绍了一套自行研制的米散射大气激光雷达系统,并重点分析了苏州上空大气气溶胶垂直消光特性的典型探测结果。探测结果表明:与一年中其它季节相比,苏州2004 年春季对流层中上部气溶胶的含量偏大;而在冬季,即便在3km 高度上,也会出现一个明显的干净层,表明当年冬的大气总体较为洁净。分析指出,从夏至冬,对流层底部的大气边界层高度集中在0.712km 到2.494km 之间变化,均值为1.692km。其中八月份的值最大,均值达到2.08km;而冬季其平均值仅为0.895km。苏州城区大气水平能见度的统计结果表明:在探测的100 多天里,晴日能见度从5.0km 至32.1km 之间变化,其平均值为13.38km。秋季的晴日能见度均值达到21.823km。此外,本文还探测并指出了叁类云的消光分布特点以及云的动态变化特征。在本文的最后,作者简要总结了全文并指出了本文的创新之处。
丁红星, 戴丽莉, 孙东松[3]2010年在《激光雷达斜程探测的对流层气溶胶空间分布》文中进行了进一步梳理介绍了一台以直接探测方式工作的用于大气气溶胶测量的小型Mie散射激光雷达系统。利用该系统对苏州城区上空的大气气溶胶进行了连续的斜程探测,并通过相应的数据处理方法,得到了气溶胶消光系数分布随时间的演变图。探测结果表明:在对流活动比较复杂的12km以下高度范围内,气溶胶的消光系数分布极不稳定,不同日期乃至不同时刻都发生很大的变化。同是晴朗天气,气溶胶消光系数分布相差1个数量级左右。这些结果不仅全面直观地反映了大气空间气溶胶消光系数的垂直分布情况,而且清楚地显示了这一分布随时间的整体变化趋势,对于实时的大气环境监测具有重要意义。
李洪敬, 孙东松, 杨春沪, 陈敏[4]2005年在《苏州城区1064nm激光雷达大气消光特性的观测》文中研究说明利用1064nm激光雷达研究了苏州地区的大气消光特性,文中采用K lett方法反演了大气气溶胶的消光系数,得到了随大气垂直高度逐步变化的消光系数分布。通过对苏州地区2004年夏季的观测表明:在相同高度上,云的消光系数值比晴天无云时的气溶胶消光系数值可大约3个数量级;苏州城区的大气边界层高度在0.75km至2.49km之间浮动,其均值为1.88km。平均边界层高度最大的月份出现在8月,均值达到2.08km。
徐黎明[5]2008年在《大气气溶胶探测小型Mie散射激光雷达系统的设计》文中指出大气中的尘埃、烟雾、云团等气溶胶粒子主要分布在对流层,是激光大气传输、气候预测以及大气环境研究要考虑的一个重要的大气参数。激光雷达以其高的时空分辨能力和测量精度,加上激光能与微小的大气气溶胶粒子产生有效的相互作用,成为了观测大气气溶胶光学特性时空分布的重要手段之一。Mie散射激光雷达是一种用于探测低空大气的尘埃、云雾等气溶胶粒子的激光雷达。基于Mie散射理论,本文设计了一套小型Mie散射激光雷达系统,用于探测3km以下大气气溶胶的时空分布以及大气水平能见度。系统采用波长532nm、符合人眼安全标准的半导体泵浦固体激光器作为光源;口径254mm、视场角0.4mrad、高透过率卡塞格林天文望远镜作为光学接收器;窄带滤光片作为系统白天测量时太阳背景光的滤除器件。在系统结构设计中,采用收发一体的机械结构设计方案,将发射系统和接收系统设计成整体,并将耦合透镜、光阑和滤光片等后续光路中的光学器件设计于望远镜底部,从而保证了系统整体结构的紧凑性和稳定性。在扫描控制系统中,采用上位机与单片机串口通信,由单片机控制两个步进电机转动从而实现了上位机对收发模块方位角和仰角的转动扫描操作。系统具有体积小、结构紧凑、对人眼安全以及可全方位扫描等优点。系统对西安城区进行了斜程大气气溶胶廓线探测和水平能见度的连续观测。通过对大气回波信号的处理和分析,结果表明,在天气状况良好条件下,探测误差小于10%时,系统夜晚探测距离约为6km;通过对连续观测到的数据对比,获得西安城区冬季大气水平能见度的日变化趋势,观测结果与气象局发布的天气状况相吻合。实验证明系统已经达到了预期设计要求。
范学花, 陈洪滨, 夏祥鳌[6]2013年在《中国大气气溶胶辐射特性参数的观测与研究进展》文中提出长期系统的气溶胶辐射特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础。本文综合介绍中国大气气溶胶辐射特性观测与研究现状和成果,重点包括以下内容:地面太阳光度计联网观测气溶胶光学厚度、单次散射反照率、尺度谱;从全波段太阳辐射反演气溶胶光学厚度、单次散射反照率;浊度计和黑碳仪测量地面气溶胶散射系数和吸收系数;地基/星载激光雷达观测气溶胶(后向散射系数)垂直分布;极轨/静止卫星遥感反演气溶胶光学特性。
丁红星, 戴丽莉, 薛国刚, 汤炳书[7]2006年在《对流层气溶胶消光特性的Mie散射激光雷达探测研究》文中进行了进一步梳理在介绍激光雷达对气溶胶探测的相关理论的基础上,对自行研制的一套1064nmMie散射激光雷达系统的系统结构、相关技术参数作了详细说明。用此系统对苏州城区对流层气溶胶进行探测并对探测结果进行了初步的分析。
张金业[8]2010年在《武汉上空对流层大气气溶胶Raman/Mie激光雷达探测研究》文中认为随着我国改革开放叁十年的发展,目前,建立和谐、环保的两型社会是我们的目标。因此,对我们的生存环境有了前所未有的关注。其中大气污染是最为关注的一个问题。实时、定量的大气气溶胶含量是判断大气干洁度的重要指标,也是研究气候气象变化的一个重要要素。发展及时有效的探测手段是目前全国面临的一个巨大挑战。自从激光器件问世以来,对于大气气溶胶的研究进入了一个划时代的意义,可以实时、长期观测气溶胶的垂直分布廓线,并同时出现了天基激光雷达和地基激光雷达。在利用Mie激光雷达探测反演时,一个激光雷达方程存在两个未知数,气溶胶的消光系数和后向散射系数。所以必须假设他们两者之间的关系,才能解决问题,有了假设就必然引入了误差。而利用Raman激光雷达探测,不需要作此假设,可以精确探测气溶胶的消光系数特性。本文发展了一套地基Raman/Mie多通道激光雷达系统,能够实时、准确地探测武汉地区对流层低空大气气溶胶的光学特性,从而反映气溶胶在大气中垂直分布含量情况。本文首先在总结前人工作的基础上,把握大气气溶胶研究现状和发展前景,研究激光雷达探测大气气溶胶技术,并根据武汉地区大气气溶胶现状,设计一套地基Raman/Mie多通道激光雷达系统。估算各种参数值,并仿真模拟激光雷达系统的工作特性。集成整个系统,并对系统的各个硬件以及软件部分进行调节与信号的测试。保证系统的各个通道同时、有效的工作。其次,研究大气气溶胶的消光系数、后向散射系数和激光雷达比等特性的反演方法,通过仿真实验来验证反演方法的正确性与可行性。第叁,利用自行研制的Raman/Mie多通道激光雷达系统,对武汉地区大气气溶胶消光系数、后向散射系数和激光雷达比等的垂直分布廓线进行实时探测,并做长期观测,以期对武汉地区大气中气溶胶的分布以及变化规律进行研究。第四,研究目前利用激光雷达探测大气边界层的方法,并利用Raman/Mie多通道激光雷达系统探测武汉上空大气边界层的情况,分析边界层的高度、变化规律等。最后,利用此系统对逆温层进行了初步的探测研究。在研究的过程中,解决了一些关键技术问题,并对一些反演算法进行了改进。由于Raman散射信号非常微弱,所以必须对背景噪声进行有效的抑制,才能保证Raman散射信号不会被淹没。我们采用磁场探测技术,对实验室周围的电磁环境进行探测,并输入软件,对电磁噪声进行扣除；利用Raman激光雷达原理可以较为准确的探测大气气溶胶的消光系数,同时结合同一个视场的后向散射Mie信号,可以反演气溶胶的后向散射系数。这里的关键点就是要保证Mie通道信号和Raman通道信号必须来自于同一个视场。利用Raman激光雷达原理反演的激光雷达比,作为Mie散射激光雷达方程的输入条件,反演气溶胶消光系数和后向散射系数。然后比较两种方法所得的结果。如果符合程度较高,说明了两个通道的信号是来自于同一个视场；大气边界层高度是边界层研究最关心的问题之一,而不同的研究者给出了不同的边界层高度的结果,也就使得边界层高度有着不同的判据。目前已经有了很多直接观测的手段,如气象塔观测、系留气球、释放气球、遥控和驾驶飞机以及一些遥感技术。利用不同的参数作为判据,来确定边界层的高度。但最为直接有效的,还是使用激光雷达作为探测工具,可以实时、连续地观测边界层高度及其变化情况。本文提出用Raman激光雷达原理来探测反演大气边界层的高度,并对常用Mie激光雷达探测边界层的SBH99法进行改进,使具有更高的精度。同时也对出现的逆温层的高度进行了探测分析。
刘君[9]2008年在《大气温度及气溶胶激光雷达探测技术研究》文中指出边界层是最接近人类活动的地表层的气层,人类的日常活动直接影响到底层边界层的大气状态,边界层的物性又影响着人类的生存环境。因此研究边界层内的大气状态变化,对研究太阳辐射,地球动力学上的热量传递,解释地球温暖化现象,提高局部气象预报的准确度,进行大气污染的防治,特别对城市气象变化等研究有着很重要的意义。激光雷达作为一种主动遥感探测工具,具有探测范围大、空间分辨率高、能实时连续监测和测量精度高等特点,已广泛用于激光大气传输、全球气候预测、气溶胶辐射效应及大气环境等研究领域。论文的研究工作主要以边界层内的大气温度剖面及对流层内气溶胶剖面的光学特性精细探测技术为研究对象,重点探讨了利用转动喇曼散射激光雷达实现白天低层大气温度高精度探测的方法和关键技术;利用米散射激光雷达观测西安城区大气气溶胶时空变化特性及数据反演技术的研究;提出了高光谱分辨率激光雷达系统精确探测大气气溶胶光学特性的技术。为解决白天强烈太阳背景光及低层大气中的高密度气溶胶对激光雷达温度探测的影响,提高系统的信噪比,提出了一种新的紫外域波长转动喇曼散射测温激光雷达系统的分光方案。结合一个高光谱分辨率光栅和一个边缘反射镜有效滤除了大部分噪音信号;在2个喇曼通道中设置窄带干涉滤光片分别提取2个转动喇曼信号波长,并对剩余的米—瑞利散射光进行再次剔除,实现对噪音信号的高抑制率。理论分析与实验结果表明,所研究的系统和测试方法可以有效抑制系统噪音信号,能够实现白天低层大气温度分布的高精度测量,在激光输出功率250mJ,探测时间4分钟的情况下,温度探测误差小于1K时的探测高度白天可以达到1.8km,夜晚可以达到2.3km。针对西安城区大气气溶胶分布及变化规律的研究需要,以及沙尘暴的预警预测需求,开展米散射激光雷达大气气溶胶观测实验及光学特性的数据反演技术的研究,首次获得西安城区低层大气气溶胶浓度的高度分布数据。为实时观测气溶胶叁维剖面特性,提出便携式小型可扫描的米散射激光雷达系统设计方案,用于探测对流层内大气气溶胶及卷云的光学特性以及大气水平能见度等。在分析研究现有气溶胶探测及数据反演技术的基础上,针对大气气溶胶高精度探测的难题,提出并建立了一种紫外域高光谱分辨率激光雷达系统方案。该系统利用高光谱分辨率光栅分离太阳背景光,以满足系统白天探测的要求;利用一个Fabry-Perot标准具分离出多普勒增宽的瑞利散射信号,因而气溶胶的浓度对探测结果不会产生影响;借助光栅的分光效应,该系统还能实现水蒸气的同时探测。
宋嘉尧[10]2010年在《半干旱区激光雷达的探测及应用研究》文中研究说明激光雷达是当前一种应用广泛的主动式遥感工具,本文针对兰州大学两台激光雷达,CAMLTM CE-370-2和MPL-4B分别在2005年7月至2007年1月及2007年3月至2009年1月的观测资料,经过大量的数据筛选处理,探讨了两台雷达的实际探测高度和应用差异。利用Klett法及Fernald法对回波数据进行了反演计算,讨论了不同反演方法的参数选取、反演结果的差异性,探讨了激光雷达对半干旱区典型天气状况下(浮沉天气、扬沙天气、多云天气)大气气溶胶的反演能力,讨论了边界层内气溶胶的叁维变化,主要研究结果如下：1,实际探测高度的探讨：相对CAMLTM CE-370-2激光雷达,MPL-4B的实际探测高度较高,前者最大探测高度15.8km,平均探测高度6.6km,后者则分别为22.8km和12.4km。2,反演参数的选取：认为在半干旱区,采用Klett算法反演气溶胶消光系数时参数k值取0.78较为合理；采用Fernald算法反演气溶胶消光系数时参数S1进行分层取值：2km以下取15,2km-15km取20,15km-20km取40,20km-25km取50。3,反演方法的比较：分析两种方法的反演结果发现,对于实际探测高度顶端以下的气溶胶消光系数,两种方法的反演结果基本一致,在接近际探测高度顶端大约1km范围时开始出现差异：Fernald法反演结果较Klett法大1到2个量级；但当整层大气气溶胶分布较均匀时,两种方法反演得到的整层气溶胶消光系数廓线基本吻合。4,仪器的差异性分析：对两台激光雷达的同期探测资料进行分析,发现两台仪器得到的大气气溶胶消光系数量级基本一致,垂直廓线的变化趋势十分相似,所反映的气溶胶密集区也十分一致。虽然MPL-4B的探测高度较高,但实际探测高度顶端附近的气溶胶消光系数却会出现数值较大的情况；5,2008年5月1-2日,是一次半干旱区典型的浮尘、扬沙天气过程,MPL-4B的反演结果完整的反映了此次过程。浮尘天气下,低层气溶胶密集区出现在1-2km的高度范围内,密集区消光系数最大值在0.4-1.0km-1之间,高层气溶胶密集区出现在5-7km的高度范围内,密集区消光系数最大值在1.0-1.8km-1之间；扬沙天气下,低层气溶胶密集区出现在0-1km的高度范围内,密集区消光系数最大值在1.0-2.5km-1之间,高层气溶胶分布较均匀,消光系数值为0.25km-1左右,偶尔在6km处出现密集区,密集区消光系数最大值在2.0-2.5km-1；6,2007年4月3日,是半干旱区典型的多云转晴天气过程,MPL-4B的反演结果也同样完整的反映了此次过程：3点,5km高度范围处出现较薄的气溶胶密集区,消光系数最大值约为0.2km-1；9点-15点,分别在4km和8km高度范围处出现较厚的密集区,消光系数最大值约为0.25-0.6km-1之间；18点之后,整层气溶胶分布趋于均匀,消光系数在0.05km-1左右；7,选取春、夏、秋、冬四个季节的激光雷达探测资料,反演得到了半干旱区边界层内气溶胶消光系数的时空叁维特征：半干旱区的边界层气溶胶平均消光系数具有明显的按冬、春、秋、夏顺序依次变小的特征,依次为：0.59km-1、0.14km-1、0.13km-1、0.11km-1,且冬季底层气溶胶消光系数较大,375m以下消光系数均值大于1。各季在中午12-15时,边界层内气溶胶消光系数较大。
参考文献：
[1]. 激光雷达对苏州城区对流层气溶胶的观测[D]. 丁红星. 苏州大学. 2004
[2]. 苏州城区1064nm激光雷达大气消光特性的研究[D]. 李洪敬. 苏州大学. 2005
[3]. 激光雷达斜程探测的对流层气溶胶空间分布[J]. 丁红星, 戴丽莉, 孙东松. 红外与激光工程. 2010
[4]. 苏州城区1064nm激光雷达大气消光特性的观测[J]. 李洪敬, 孙东松, 杨春沪, 陈敏. 激光与红外. 2005
[5]. 大气气溶胶探测小型Mie散射激光雷达系统的设计[D]. 徐黎明. 西安理工大学. 2008
[6]. 中国大气气溶胶辐射特性参数的观测与研究进展[J]. 范学花, 陈洪滨, 夏祥鳌. 大气科学. 2013
[7]. 对流层气溶胶消光特性的Mie散射激光雷达探测研究[J]. 丁红星, 戴丽莉, 薛国刚, 汤炳书. 广西物理. 2006
[8]. 武汉上空对流层大气气溶胶Raman/Mie激光雷达探测研究[D]. 张金业. 武汉大学. 2010
[9]. 大气温度及气溶胶激光雷达探测技术研究[D]. 刘君. 西安理工大学. 2008
[10]. 半干旱区激光雷达的探测及应用研究[D]. 宋嘉尧. 兰州大学. 2010