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Raman-Mie 激光雷达探测西安地区夏季气溶胶光学特性宋跃辉;鲁雷雷;王玉峰;李仕春;辛文辉;闫庆;刘晶晶;华灯鑫【摘要】采用 Raman-Mie 激光雷达探测了西安地区夏季气溶胶的光学特性，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，气溶胶消光系数在2～5 km 范围内递减，并在5 km 以上趋于稳定；相对于降雨前，降雨后低层气溶胶消光系数明显增大，而3 km 以上高度范围内雷达比减小。
这可能是由雨后气溶胶沉降、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 km 范围内气溶胶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 km 范围内消光系数和雷达比均随高度递减；5～8 km 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20 sr，表明此范围内仍有微量的气溶胶粒子存在。
实验期间，水云的雷达比约为17 sr。
%The optical propert ies of aerosols at Xi’an in summer are detected by Raman-Mie lidar, with the spatial-temporal changes of extinctioncoefficient,backscatter coefficient and lidar ratio under different weather conditions analyzed.Experimental results show that after rainfall the ex-tinction coefficient of aerosols decreases with altitude between 2 km and 5 km,and that when the altitude is greater than 5 km,the extinction coefficient tends to be stable.After rainfall,the ex-tinction coefficient of aerosols at low level is larger than that before rainfall,and the lidar ratio of aerosols above 3 km is smaller than that before rainfall.The possible reasons for the phenomenon are the aerosols deposition and the increase of water vapor density at low level caused by rainfall. Statistical resultsshow that,in sunny and cloud-free days,between 2 km and 3 km,the extinc-tion coefficient and the lidar ratio are all relatively stable,with the extinction coefficient between 0.2 km-1 and 0.3 km-1 ,and the average value of lidar ratio about 50 sr.Between 3 km and 5 km,the extinction coefficient and the lidar ratio decrease with the increasingaltitude.Between 5 km and 8 km,the extinction coefficient and the lidar ratio tend to be stable,and the average value of extinction coefficient and lidar ratio are about 0.05 km-1 and 20 sr respectively.So there are still traces of aerosol particles within this range.Finally,the lidar ratio of water cloud is about 17 sr during the experiment.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】5页(P309-313)【关键词】气溶胶;Raman-Mie 激光雷达;消光系数;雷达比【作者】宋跃辉;鲁雷雷;王玉峰;李仕春;辛文辉;闫庆;刘晶晶;华灯鑫【作者单位】西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN958.98;P407.2气溶胶是全球气候变化研究中最大的不确定因子,同时近地表气溶胶直接危害人类健康,因此已成为大气科学和环境监测等领域的研究热点[1]。
简析双波长米散射激光雷达探测对流层气溶胶消光特性【摘要】双波长米散射激光雷达在对夜晚及白天对流层气溶胶消失进行系数的垂直分布探测，适用的波长为532 nm和1 064 nm。
该雷达主要组成部分包括激光发射设备、接受光学与后继光学系统、信号探测及采集设备、系统运行设备等几个主要的组成部分，主要采用高低层分层探测及光纤导光等技术进行支持。
【关键词】双波长米散射激光雷达；结构；技术参数；气溶胶；消光系数中图分类号：p42文献标识码：a文章编号：1006-0278(2012)04-121-01随着我国军事事业的飞速发展，该技术军事探测领域的应用前景十分广阔，本文主要研究双波长米散射激光雷达的组成结构、技术参数等方面内容。
一、总体结构及关键技术雷达主要由激光发射设备、接收光学及后继光学设备、信号探测与采集设备、系统运行控制设备等几个主要单元构成。
（一）激光发射设备该设备的主要功能在于对望远镜俯仰运动时，接收望远镜与激光光束沿着光轴平行的方向进入大气中。
其组成主要是五个反射镜和nd：yag激光器组成，距离较近的对大气回波信号采用几何重叠因子进行修正，通过激光雷达的大气探测获得几何重叠因子。
为保证双波长米散射激光雷达在垂直与水平两个方向进行探测时的几何重叠因子不发生变动，其发射设备也进行了特殊的设计。
、反射镜1至4、nd：yag激光器都根据图1设置，然后将其固定于光学平台，保证其之间的稳定。
在接收望远镜俯仰侧壁上安装反射镜5，其镜面中心要位于望远镜转轴上，这样就能与反射镜4反射的激光光束在俯仰转轴上重合，然后由反射镜5将激光光束沿着接收望远镜光轴平行的方向射入对流层。
整个过程全部在密封套管内完成。
(二)接收光学和后继光学设备该设备主要作用是把来自不同距离的两个波长进行收集，然后导入光电探测器进行下一步分析。
后继光学设备与望远镜支撑架都在光学平台上固定着，两者之间采用光纤进行耦合。
该结构不但保证了接受望远镜在垂直与水平方向指向时接收的大气后散射光由光纤导入后继光学设备，还保证了后继光学设备之后的整个探测单元的稳定。
地基拉曼-米激光雷达气溶胶后向散射及消光系数反演摘要：本文利用地基拉曼-米激光雷达(LM-Lidar)测量气溶胶垂直廓线数据，并通过气溶胶后向散射和消光系数反演，定量分析了气溶胶光学特性和气象条件对气溶胶垂直廓线的影响。
结果表明，LM-Lidar在不同气象条件下的探测效果较好，反演出的后向散射系数和消光系数均在合理范围内。
气溶胶消光系数的空间分布存在明显的季节变化，冬季消光强，夏季消光弱；而后向散射系数则存在明显的日变化，白天偏大，晚上偏小。
在此基础上，本文讨论了气溶胶光学特性与气象因素之间的耦合关系，揭示气象因素对气溶胶辐射强迫效应的影响。
关键词：地基拉曼-米激光雷达；后向散射系数；消光系数；气溶胶；气象条件1. 引言气溶胶是大气中重要的成分之一，在大气辐射传输中具有重要的作用。
气溶胶的光学特性是描述气溶胶对光的吸收、散射和透射情况的物理量，对于准确估算气溶胶辐射强迫效应、探测气溶胶粒径、浓度及其垂直廓线等都有着重要的意义。
地基激光雷达是目前气溶胶探测中广泛使用的一种技术手段。
本文利用地基拉曼-米激光雷达测量气溶胶垂直廓线数据，通过反演气溶胶后向散射和消光系数，研究气溶胶在不同气象条件下的光学特性和空间分布。
2. 实验方法本文使用地基拉曼-米激光雷达对大气垂直廓线进行探测，分别在春、夏、秋、冬四季对同一站点的大气进行连续24小时探测，并根据垂直风速、气温等气象信息将探测数据分为不同气象条件下的数据。
通过利用已有气溶胶光学模型，反演气溶胶后向散射和消光系数。
3. 结果分析通过反演分析气溶胶后向散射和消光系数，可以得到不同气象条件下的气溶胶垂直廓线及其光学参数。
结果表明，在不同气象条件下，LM-Lidar探测效果较好，反演出的后向散射系数和消光系数均在合理范围内。
气溶胶消光系数的空间分布存在明显的季节变化，冬季消光强，夏季消光弱；而后向散射系数则存在明显的日变化，白天偏大，晚上偏小。
通过与实际测定数据进行对比，可以发现本文反演出的气溶胶光学参数与实测数据较为吻合，反演结果可信。
利用激光雷达观测芜湖市上空气溶胶光学特性
张筱萌;麻金继
【期刊名称】《大气与环境光学学报》
【年(卷),期】2014(0)5
【摘要】利用Mie散射激光雷达对芜湖市上空的气溶胶光学特性进行观测研究,从观测数据中选取降雨和降雪天气的特例,通过计算反演得到了雨、雪天气前后气溶
胶粒子的光学厚度、气溶胶粗粒子比例以及粒子数密度的变化情况,经分析得出雨、雪对气溶胶粒子具有一定的洗刷作用。
从科学的角度验证了雨、雪是大气重要的自清洁过程,并初步得到了同等条件下,雪比雨对空气清洁能力更强的结论。
【总页数】8页(P340-347)
【关键词】大气光学;激光雷达;气溶胶;光学特性
【作者】张筱萌;麻金继
【作者单位】安徽师范大学物理与电子信息学院;安徽师范大学国土资源和旅游学
院
【正文语种】中文
【中图分类】TN958.98;P412
【相关文献】
1.银川上空大气气溶胶光学特性激光雷达探测研究 [J], 毛建东;华灯鑫;何廷尧;王
鸣
2.拉萨上空大气气溶胶光学特性的激光雷达探测 [J], 白宇波;石广玉;田村耕一;岩
坂泰信
3.利用瑞利激光雷达和无线电探空仪观测数据对武汉上空重力波特性的研究 [J], 吕洪方;易帆
4.利用激光雷达观测资料研究兰州气溶胶光学厚度 [J], 周碧;张镭;蒋德明;曹贤洁;隋兵
5.黄海、东海上空春季气溶胶光学特性观测分析 [J], 赵崴;唐军武;高飞;林明森因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光雷达技术在大气环境监测中的应用激光雷达具有波长短、方向性强、单色性好、抗干扰性高和体积小等特点，在应用中呈现出了较高的探测灵敏度、空间分辨率和抗干扰能力。
自20世纪60 年代问世以来，激光雷达技术得到了飞速发展和广泛的应用，其应用涉及到城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、资源勘探、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、科学研究和军事工程等各个领域提供了极为重要的原始资料，特别是在大气环境监测方面发挥了重要作用。
检测的实时数据为研究气候变化、天气预报和自然灾害预报，建立正确的大气模型提供了有力依据。
标签：激光雷达;大气环境;监测1 激光雷达的构成及分类激光雷达是传统的雷达技术与现代激光技术相结合的产物，其工作在红外和可见光波段。
由激光发射系统、光学接收系统、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收系统再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。
激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。
2 激光雷达在大气环境监测方面的应用2.1 气溶胶及颗粒物的探测气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。
气溶胶通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射影响着地球—大气系统的辐射收支，它作为凝结核参与云的形成，从而对局地、区域乃至全球的气候有重要的影响，尽管其在大气中的含量很低，但气溶胶和云对气候变化的影响还是很大的。
对气气溶胶进行探测使用的技术为Mie 散射相关探测技术，应用该技术的激光探测雷达称为Mie 散射激光雷达。
Mie 散射是由大气中粒径较大的悬浮物引起的激光波长不发生变化的弹性散射。
激光发射器向大气发射偏正脉冲光，被传输路径上的空气分子、气溶胶或云散射，其后向散射光被接收望远镜接收，再进行适当的信号处理后得到整个大气回波信号，从而反演出大气气溶胶消光系数垂直廓线和时间演变等特征。
基于Mie散射激光雷达的气溶胶消光系数反演方法豆晓雷; 常建华; 刘振兴; 徐帆; 刘秉刚; 房久龙【期刊名称】《《激光与红外》》【年(卷),期】2019(049)009【总页数】7页(P1047-1053)【关键词】消光系数; 边界值; Steffensen法; 大气气溶胶【作者】豆晓雷; 常建华; 刘振兴; 徐帆; 刘秉刚; 房久龙【作者单位】南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044; 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044【正文语种】中文【中图分类】TN958.981 引言气溶胶在大气中扮演着重要角色,直接或者间接地影响着气候变化。
它不仅能通过散射、吸收太阳辐射和热辐射直接改变地-气系统辐射的收支,而且可以改变云的浓度、形状、化学组成等微物理特性,从而间接影响地球生态系统、大气光学特性、云降雨等。
此外,气溶胶的变化对生命安全、大气能见度也具有重要影响。
因此,探索气溶胶光学特性尤其是气溶胶消光系数已成为当下大气科学领域研究的热点[1-3]。
Mie散射激光雷达具有时空分辨率高、抗干扰能力强等特点,可实现水平、斜程、垂直的全方位立体式探测,逐渐成为气象研究领域的主要探测设备[4-5]。
目前,通过Mie散射激光雷达反演气溶胶消光系数的算法主要有Collis斜率法[6]、Klett法[7]和Fernald法[8]。
其中,Collis斜率法是以假设大气均匀分布为前提的,忽略了真实大气中气溶胶粒子、云以及雾霾等的分布。
在此基础上改进而来的Klett法和Fernald法,很好地弥补了其均匀天气假设的不足。
然而,确定边界值是精确反演气溶胶消光系数前提。
通常,在高空探测大气时采用洁净层法[9]求解气溶胶消光系数边界值,即在对流顶层选择一个气溶胶散射比较小的参照点,将此点的气溶胶散射比视为稳定不变。
但在低空探测时,即有效探测范围低于对流层顶层,洁净层法将不再有效,气溶胶消光系数边界值的求解就成为了一个难题。
大气中气溶胶激光雷达探测技术研究气溶胶是大气中的悬浮物质，由颗粒物、液滴、固体烟尘等组成。
气溶胶对大气环境和气候变化有着重要的影响。
在气溶胶研究中，激光雷达技术被广泛应用于气溶胶的探测和监测。
大气中的气溶胶粒子非常微小，直径一般在几纳米到几十微米之间，使得粒子的监测变得困难。
传统的气溶胶监测方法主要包括采样与化学分析、遥感监测和地面光学仪器观测等。
然而，这些方法均存在着采样时间长、操作复杂、成本高昂等问题。
激光雷达技术的应用可以克服传统气溶胶监测方法的不足之处。
激光雷达利用激光束在大气中传输，当激光束遇到气溶胶粒子时，会发生散射现象。
通过探测散射光的强度和方向，可以得到气溶胶粒子的属性信息，如粒子的浓度、粒径分布、形状等。
大气中气溶胶激光雷达探测技术的研究主要包括探测器设计、数据处理和气溶胶反演等方面。
探测器设计是激光雷达技术研究的关键环节之一。
探测器的优化设计可以提高激光雷达的灵敏度和分辨率，使其能够更好地探测气溶胶粒子的属性。
此外，数据处理也是激光雷达技术的重要组成部分。
通过有效的数据处理算法，可以提取出气溶胶散射光的特征，并将其转化为气溶胶的属性信息。
气溶胶反演是激光雷达技术研究的核心内容之一。
通过对散射光的特征进行反演，可以得到气溶胶的浓度、粒径分布等重要参数。
在大气中气溶胶激光雷达探测技术的应用研究中，目前存在一些挑战需要克服。
首先，由于气溶胶粒子的复杂性质，如不均匀分布、光学特性的变化等，激光雷达技术对气溶胶的探测存在一定的误差。
其次，由于大气条件的变化，如湿度、温度等因素的影响，也会对激光雷达技术的探测结果产生一定的干扰。
此外，气溶胶激光雷达探测技术在细粒子的监测上还有待进一步提高。
为了克服这些挑战，研究人员正在不断努力改进气溶胶激光雷达探测技术。
一方面，他们致力于优化激光雷达的探测器设计，提高雷达的探测灵敏度和分辨率。
另一方面，他们也在研究和发展新的数据处理算法，提高激光雷达对气溶胶属性信息的提取能力。
