利用激光雷达资料模拟沙尘气溶胶边界层响应

南京信息工程大学激光雷达探测气溶胶实验报告姓名：***学号：***********学院：物理与光电工程学院专业：光信息科学与技术二〇一四年十二月十二日摘要：大气气溶胶影响着天气和气候的变化，通过用激光雷达对水平大气中的气溶胶进行连续观测，得到大气气溶胶浓度的高度分布数据，用Klett法反演和斜率法得到了气溶胶消光系数数值并利用MATLAB程序用计算机对所得实验数据快速方便地直接得出出测量结果和图示。

关键词：气溶胶；激光雷达；探测；Klett反演算法；斜率法；消光系数；MATLAB前言大气气溶胶是指悬浮在大气中直径为0.001—100μm的液体或固体微粒体系。

对流层气溶胶的形成与地球表面的生态环境和人类活动直接相关。

地面扬尘、沙尘暴、林火烟灰、花粉与种子、海水溅沫等是对流层气溶胶的自然源,人工源则是由工业、交通、农业、建筑等直接向对流层中排放的气溶胶粒子。

同时,对流层大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子,如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等通过气粒转化生成气溶胶粒子。

这些气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射而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着重要的影响。

对流层气溶胶粒子对激光的吸收和散射作用使它成为激光大气传输的重要消光因子。

激光雷达为大气气溶胶探测研究提供了有力的工具。

数十年来,激光技术的不断发展为激光雷达大气气溶胶探测提供了所需要的光源。

另一方面,信号探测和数据采集及其控制技术的发展使激光雷达在大气气溶胶的探测高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有全面的优势,是其它探测手段不能比拟的。

本文介绍该激光雷达的总体结构、技术参数及其工作原理,同时给出了大气气溶胶的垂直消光系数廓线以及典型测量结果的分析和讨论。

1，研究的目的大气中，尘埃、烟雾、云团等气溶胶粒子对大气的化学过程、辐射平衡、气候变化乃至人们的日常生活都有着非常重要的影响。

利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料探究香港地区的一次大气气溶胶污染近年来，随着工业和城市化的快速进步，大气污染问题日益凸显。

大气气溶胶污染是造成空气质量恶化和人类健康风险增加的重要因素之一。

香港作为一个繁忙的国际都市，不行防止地也面临着气溶胶污染的恐吓。

本文将以香港地区一次大气气溶胶污染事件为探究对象，利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料，探讨其污染来源和影响。

一、香港地区大气气溶胶污染梗概香港作为一个高度发达的城市，其能源消耗和工业排放量均相当大。

这些活动产生的废气和粉尘等物质往往会进一步形成气溶胶，并散布于大气中。

此外，车辆的尾气排放、建筑施工粉尘以及沙尘等也是香港地区大气气溶胶的重要来源。

这些气溶胶中可能含有颗粒物、硝酸和硝酸盐、硫酸和硫酸盐等污染物，对环境和健康产生不良影响。

二、利用MODIS卫星数据分析大气气溶胶污染的分布特征 MODIS卫星可以提供高区分率、全球遮盖的遥感数据，这使得我们能够追踪和监测大气气溶胶的分布状况。

通过分析MODIS的气溶胶光学厚度和气溶胶直径分布，可以得到大气气溶胶污染的空间分布特征和污染源区。

在这次探究中，我们利用香港地区的MODIS卫星数据，得到了污染事件发生时的气溶胶光学厚度和气溶胶尺寸。

通过分析MODIS数据，我们发现这次大气气溶胶污染主要集中在香港市区及周边地区，而离岛较少受到污染。

进一步观察可以发现，香港市区离污染源较近的地方污染更为严峻，而离污染源较遥的地方污染较轻。

这提示污染源区的排放量和气流传输是影响大气气溶胶污染分布的重要因素。

三、利用激光雷达数据探究大气气溶胶的垂直特征除了利用MODIS卫星数据，我们还使用激光雷达遥感技术得到大气气溶胶的垂直分布特征。

激光雷达可以通过测量反射光强度和时间延迟来推断大气中气溶胶的垂直分布。

我们选择了一个位于香港市区的激光雷达站点作为观测点，记录了污染事件期间的激光雷达数据。

通过分析激光雷达数据，我们发现污染事件期间，大气气溶胶浓度在不同高度上存在明显的变化。

沙尘事件数据和研究方法介绍2.1 CALIPSOCALIOP(正交极化云—气溶胶激光雷达)是CALIPSO卫星上最为重要的探测设备，包括激光发射系统和接收系统。

发射和接收系统位于T 型光学平台上，从而保证了系统的稳定性。

CALIOP 望远镜接收的回波信号分为3个通道，一个测量1064nm的后向散射强度，另外2个通道测量532nm后向散射信号的正交极化部分，所以在进行反演计算时，将2个通道分别获取的后向散射强度叠加起来作为532nm激光总的后向散射强度。

因此，CALIOP可以获得轨道白天和晚上的2个波长（532，1064nm）的后向散射系数。

对于后向散射系数是这样定义的：目标在雷达方向上单位体积角的反射功率对单位面积入射功率之比的4 倍。

除此之外，CALIOP还提供了532nm体积退偏比的垂直廓线。

退偏比表征的是532nm 垂直后向散射强度与532nm 平行后向散射强度之比。

它反映的是被测颗粒的不规则程度。

CALIOP 还提供了色比值，色比表示的是1064nm的后向散射强度与532nm的总后向散射强度的比值，通过色比值能够识别颗粒的大小，色比值越大，颗粒越大。

反之，色比值越小，颗粒越小。

2.2 MODISMODIS探测器是搭载在EOS卫星Aqua和Terra上的一个重要的仪器，它所提供的扫描资料每1～2天覆盖全球一次，为反演有关气溶胶等提供了大量而丰富的数据信息。

NASA已经发布了的气溶胶光学厚度(AOD)以及其他光学特性的分辨率为10km的全球分布产品，为气候研究和区域尺度的大气污染研究提供了大量的比较准确的信息，然而这些资料对于城市尺度的颗粒物污染的研究来讲，分辨率仍然远远不够。

本文利用MODIS资料反演了江淮地区2007年8月3日至2007年8月6日一次沙尘天气下的气溶胶光学厚度(AOD)，分析了这次沙尘事件的沙尘气溶胶的空间分布和变化特征；通过多波段太阳光度计的地面观测对AOD反演结果进行了进一步检验，并分析了其误差来源：运用Walt hall BRDF 模式对2006年春季MODIS资料进行了BRDF订正的气溶胶光学厚度反演试验研究，简单的分析了地表双向反射特性对MODIS资料反演沙尘气溶胶光学厚度的影响。

利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料研究香港地区的一次大气气溶胶污染利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料研究香港地区的一次大气气溶胶污染近年来，随着全球工业化和城市化的加剧，大气污染问题逐渐成为全球性的关注焦点之一。

其中，大气气溶胶污染作为重要的污染源之一，对人类健康和环境造成了极大的威胁。

香港地区作为一个重要的商业和人口中心，其大气气溶胶污染问题尤为突出。

本文将利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料，对香港地区一次大气气溶胶污染事件进行研究。

大气气溶胶是指在大气中悬浮的微小颗粒物质，包括颗粒物、各种化学物质的固态或液态颗粒物等。

它们可以来自于自然源和人为活动，如燃煤、交通尾气、工业排放等。

大气气溶胶污染会对空气质量、能见度、气候、地球辐射平衡等产生重要影响。

在研究中，我们首先收集了香港地区的大气气溶胶遥感资料，主要包括MODIS卫星获取的气溶胶光学厚度数据和激光雷达获取的气溶胶垂直分布数据。

通过对这些数据的分析，我们可以了解大气中气溶胶的空间分布和变化趋势。

首先，我们观察到该次大气气溶胶污染事件发生在香港特区的西北部。

根据MODIS卫星数据显示，这一区域的气溶胶光学厚度明显高于其他地区，达到了0.5以上。

而根据激光雷达数据显示，大气中的气溶胶浓度也在这一区域内较高，达到了200μg/m³。

这说明该地区的大气气溶胶污染较为严重。

进一步分析数据，我们发现该次大气气溶胶污染事件主要与多种因素有关。

首先，香港地区特有的地理位置让其容易受到来自内地和周边地区的污染物影响。

其次，该污染事件发生在一个天气稳定的时期，大气扩散条件较差，使得污染物在大气中停留时间较长。

此外，该地区的交通和工业排放也是导致污染物积累的重要原因。

最后，此次污染事件的发生还与气象因素有关，高湿度、稳定的气流等气象条件使得气溶胶粒子更容易聚集和积累。

综上所述，利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料，我们对香港地区的一次大气气溶胶污染事件进行了研究。