气溶胶探测的宽波段超广角均匀像面镜头设计

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核电厂β放射性气溶胶监测系统设计

气溶胶探测装置结构示意图
由系统取样口从待测环境抽取的待测气体进人气溶胶探测装置后,其中的放射性气溶胶在过滤装置的圆形滤纸上被过滤而累积，正对滤纸的塑料闪烁体探头（表面用超薄铝膜保护）探测滤纸上累积的气溶胶发射的P 粒子， P 辐射信号在塑料闪烁体中转化为可见光信号，
2 探测装置结构
气溶胶探测装置由铅屏蔽体、探测器、流气壳体和过滤装置、校准装置等组成。其中探测器由塑料闪烁体（含耦合光导）、光电倍增管、
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外部电源 AC220 V 数据输出
G 取样口卩
图 1 p 放射性气溶胶监测仪系统原理图
前置放大电路（含分压电路）和壳体等几部分组成，结构示意图如图2 所示。
阈值。用 MCNP进行气溶胶探测单元探测效果模拟时，首先构造探测位置的空间结构布局，如图 2 所示。模拟的源分布为滤纸平面上均与分布的各项同性发射的204T1衰变的 p 粒子。
塑料闪烁体厚度、信号触发阈值与灵敏度的关系曲线如图3 所示。计算结果表明同样的触发阈值下，厚度越大，灵敏度越髙，但从0.3~ 2 mm,随着厚度增加，灵敏度增加量越来越小，其中 1 mm和 2 mm厚度的灵敏度几乎一致（曲线重叠）；同时在厚度一定时，随着触发阈值增加，灵敏度近似线性下降，厚度越小下降趋势越明显。这是因为 P 射线的能量是连续的，塑料闪烁体的厚度增大，有助于降低 P 粒子的穿透
关键词：塑料闪烁体;气溶胶;辐射监测中图分类号： TL812 文献标志码： A 文章编号： 0258-0934(2019)3-0337-04

多波长发光二极管光源雷达系统与近地面低层大气气溶胶探测

多波长发光二极管光源雷达系统与近地面低层大气气溶胶探测钟文婷;刘君;华灯鑫;侯海彦;晏克俊【摘要】设计并研制了一台多波长发光二极管(LED)光源雷达系统,用于探测近地面低层大气气溶胶特性.介绍了LED光源雷达系统的组成及工作原理,计算分析了系统几何重叠因子,从而确定了LED光源雷达系统的最低探测高度为60 m.研究了LED光源雷达散射回波信号的数据反演方法,根据LED光源雷达适合近距离探测的特点,采用了Fernald前向积分反演算法,并以地面能见度仪数据为基础,确定了气溶胶消光系数的边界值.利用所设计的475,530和625 nm三个波长的LED光源雷达系统,分别在轻度污染、中度污染和重度污染天气情况下,对西安夜晚城区上空低层大气气溶胶进行了探测,获得了近300 m高度内三个波长的大气气溶胶消光系数高度分布曲线,并对近地面低层大气气溶胶的垂直分布与变化特征进行了探讨.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(067)018【总页数】10页(P162-171)【关键词】发光二极管光源雷达;多波长探测;近地面;气溶胶【作者】钟文婷;刘君;华灯鑫;侯海彦;晏克俊【作者单位】西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048【正文语种】中文1 引言大气近地面含有大量的气溶胶颗粒物,而气溶胶颗粒物能够影响地气系统的辐射平衡,并通过消光作用改变能见度,影响大气化学过程从而改变温室气体成分,影响空气质量,与人类的生活和生产息息相关.对近地面大气气溶胶的研究是目前环境领域研究的热点之一[1−3].为了更好地研究近地面气溶胶的行为,须对其光学特性进行可靠的测量.传统的地面监测仪器可以对地面上的气溶胶进行精确地连续监测,但是难以获得近地面气溶胶的垂直高度分布信息[4−6].激光雷达是探测气溶胶时间和空间分布的有效手段,但其发射波长固定,而且存在较长距离的探测盲区[7,8],使其在特定波长探测和低层大气探测时受到限制.随着遥感探测技术和发光二极管(light emitting diode,LED)光源技术的发展,近年来出现了以大功率LED作为遥感光源的光学雷达.LED光源雷达不仅具有激光雷达可以对大气进行时间和空间分布探测的特点,而且它盲区很小、发射能量对眼安全,更适合探测与人类活动密切相关且气溶胶分布较多的低层大气[9].LED光源的最显著特点是可选择的波长丰富,现在可用于遥感雷达的大功率LED的波长有十余种之多,这就对利用雷达进一步研究气溶胶的特性提供了有效手段.对LED光源雷达的研究主要以日本千叶大学的Shiina Tatsuo等学者为代表,用波长392 nm的LED研制了能够探测0—300 m距离内大气并区分粉尘特性的LED迷你雷达[10,11],用波长349 nm的LED研制了检测氢气泄漏的紧凑型Raman雷达[12,13],采用波长385 nm的LED雷达测量海浪并分析了海浪的周期和速度[14].国内除了我们在文献[15]设计的波长530 nm的LED光源气溶胶探测雷达之外,未见其他关于LED用于光学遥感雷达的报道,多波长LED雷达的研究也未见报道.本文利用LED波长丰富的特点,提出了一种用于探测近地面低层大气气溶胶的多波长LED光源雷达系统.阐明了雷达的系统构成和工作原理,通过分析雷达的几何重叠因子,确定后向散射光完全进入望远镜接收视场角的最低高度,并研究了LED雷达的数据反演算法.建立了波长为475,530和625 nm的多波长LED光源雷达系统,在轻度、中度和重度污染天气情况下,对西安市近地面低层大气气溶胶进行了探测,获得了各波长的消光系数随高度的分布廓线.2 多波长LED光源雷达系统2.1 系统构成及工作原理设计的多波长LED光源雷达系统采用同轴发射接收的模式,如图1所示,主要由LED 光源发射部分、望远镜接收部分、分光与检测部分和计算机信号采集与处理部分组成.LED光源可选择的波长较多,本系统选用475,530和625 nm,研究气溶胶在这三个波长上的光学特性.采用单颗大功率LED灯珠作为光源,由脉冲驱动电源驱动LED 光源发出脉冲光,脉冲波形近似矩形波,脉宽为200 ns,垂直分辨率为30 m.LED灯珠发光面积为1 mm×1 mm,发散角大,利用专门设计的准直扩束光路将光束发散角压缩至11 mrad[16].光束采用与望远镜同轴的方式射入大气.产生的后向散射光被卡塞格林望远镜的两面反射镜反射后,通过光阑进入分光与检测部分.经窄带干涉滤光片分光后由光电倍增管(PMT)接收,最后由计算机进行数据采集与处理.考虑到光源能量弱,为了有效降低回波信号的白噪声,设置了高脉冲重复频率(100 kHz),脉冲累积时间为15 min.系统在工作时,LED光源采用每间隔15 min更换一种波长光源的方法,在更换LED灯珠的同时,更换相应波长的窄带干涉滤光片,实现多波长探测.此时,由于3个波长是在间隔较短时间内探测,所以选择在气溶胶状态变化较小的无风天气下进行实验.系统主要参数如表1所列.图1 LED光源雷达系统Fig.1.LED light source radar system.表1 多波长LED光源雷达系统参数Table 1.Parameters of multi-wavelengthLED radar system.Emitter system LED wavelength λ 475 nm,530 nm,625 nm Pulse energy of LED E 18 nJ,3 nJ,13 nJ Pulse duration τ 200 ns Repeti tion frequency 100 kHz Beam diameter Dt 46 mm Beam divergence θt 11 mrad Receiver system Diameter of telescope Dr 254 mm Field of view θr 16 mrad Focal length f 2500 mm Filter∆λ 25 nm@475 nm 22 nm@531 nm 25 nm@625 nm Quantum efficiency of PMT 17%,15%,8%2.2 LED光源雷达几何重叠因子分析研制的LED光源雷达系统采用同轴发射与接收的工作方式,接收视场角大于光束发散角时,远处的后向散射光可以完全进入接收望远镜,但近处存在一段距离的盲区和过渡区,使得近处的后向散射光不能全部被系统接收[17,18].因此,在探测近地面大气气溶胶时,为了明确后向散射光能够完全被系统接收的最低高度,需要对系统的几何重叠因子Y(R)进行分析.LED光源雷达的几何重叠因子由发射部分和接收部分的结构确定,图2为同轴LED 雷达系统发射与接收示意图,图中Dr为望远镜口径,Dt为出射光斑直径,Do为望远镜前方遮挡直径,Da为光阑直径,θr为接收视场角,θt为光束发散角.当接收视场角大于光束发散角时,若不考虑反射镜遮挡,发射光束始终在望远镜接收视场范围内.根据文献[18],后向散射光线被雷达系统接收的条件为:散射光线与光轴的夹角φ满足φ<θr/2.因此,视场内某一点发出的散射光线能否被系统接收,可分为以下三种情况:1)受望远镜前方反射镜遮挡,在图中阴影部分,粒子产生的散射光无法进入光阑;2)如图2中点A,经点A入射到望远镜中的后向散射光线并非全都满足φ<θr/2的条件,意味着点A产生后向散射光只有部分能通过光阑被系统接收;3)如图2中点B,经点B入射到望远镜中的后向散射光线全都满足φ<θr/2的条件,若不考虑反射镜遮挡,点B产生后向散射光全部都可以通过光阑被系统接收.图2 LED雷达发射与接收示意图Fig.2.Schematic of LED radar’s transmitterand receiver.可以看出,在近距离处,即使光束截面完全处于接收视场内,产生的散射光线也不一定能全部被雷达系统接收.光束截面中,设进入望远镜视场的截面面积与光束截面总面积之比为η(R),入射到望远镜的散射光线可以全部通过光阑的区域面积与光束截面总面积之比为η′(R),几何重叠因子Y(R)应介于η(R)和η′(R)之间.在近处,当R 6 R1,由于望远镜前方反射镜遮挡,光束没有进入望远镜接收视场,此时η(R)=0;当R1<R 6 R2,部分光束进入接收视场,此时0 6 η(R)<1;当R>R2,光束全部进入接收视场,η(R)=1.当R 6 R3,光束截面中的任何粒子产生的后向散射光线都不可能全部通过光阑,η′(R)=0;当R3<R 6 R4,光束截面中部分区域的粒子产生的后向散射光线可以全部通过光阑,此时0< η′(R)<1;当R>R4,若不考虑遮挡物的影响,光束截面中的任何粒子产生的后向散射光线都能全部通过光阑被系统接收,此时η′(R)=1.根据图2中的几何关系可以得出,R1=(Do − Dt)/(θr+θt),R2=Do/θr,R3=Dr/θr,R4=(Dr+Dt)/(θr− θt), 当R1<R 6 R2时,η(R)的表达式为图3给出了根据(1)和(2)式以及表1所列系统参数绘制的η(R)和η′(R)随距离R的变化曲线.图3 η′(R)和η(R)随距离R的变化Fig.3.Curves o f η′(R)and η(R)with distance R.从图3可知,由于几何重叠因子Y(R)介于η(R)和η′(R)之间,60 m之前,η′(R)<Y(R)<η(R)6 1,60 m之后,η′(R)=Y(R)= η(R)=1,说明60 m高度以上后向散射光能够完全被系统接收.因此,不考虑修正几何重叠因子时,该LED雷达系统的探测范围下限可到60 m,因而可以实现近距离的大气气溶胶探测.3 回波信号数据反演方法LED光源雷达系统接收到大气后向散射回波信号,通过反演雷达方程获得气溶胶的消光系数和后向散射系数.雷达方程如下:式中λ为探测波长,R为探测距离,P(λ,R)为雷达接收到的回波信号功率,C为雷达的系统常数,Y(R)为重叠因子,βa(λ,R)为气溶胶的后向散射系数,βm(λ,R)为大气分子的后向散射系数,αa(λ,R)为气溶胶的消光系数,αm(λ,R)为大气分子的消光系数.本系统采用三个不同探测波长,可得到相应的三个雷达方程.由于LED光源雷达能量小,探测距离比较近,适合采用Fernald前向积分法[19]反演气溶胶消光系数,其数学表达式为式中Sm=8π/3为大气分子的消光后向散射比,Sa为气溶胶的消光后向散射比,Rc 为边界点高度值.在利用Fernald前向积分法进行回波数据反演时,需要确定适合高度处的边界值,边界点的选取失误会对反演结果产生较大影响[20].根据2.2节系统几何重叠因子的分析,在60 m高度以上,几何重叠因子Y(R)=1;60 m以下,几何重叠因子Y(R)<1.根据文献[8],短距离内距离平方校正信号(range squared corrected signal,RSCS)可以认为是线性分布,利用斜率一致的原则对60 m以下的RSCS进行修正.考虑将边界点高度Rc取值在5 m,然后利用Fernald前向积分法反演5 m以上高度的气溶胶消光系数.气溶胶消光系数的边界值αa(λ,Rc)可以根据同一高度(5 m)能见度仪数据换算得到,能见度V(单位:km)与气溶胶消光系数(单位:km−1)的经验关系式[21]为其中大气分子的消光系数αm(λ,R)可采用美国标准大气模型的数据,q取值为利用能见度仪的数据,通过(5)式的计算,可以获得一个比较准确的气溶胶消光系数的边界值,减小消光系数的反演误差.4 近地面低层大气气溶胶观测与分析2018年初,分别选取了轻度、中度和重度污染天气,利用建立的多波长LED光源雷达系统在西安理工大学雷达中心对夜晚的西安市低层大气气溶胶进行了垂直探测,获得了高度约300 m内三个波长下大气气溶胶消光特性分布,并对其变化特征进行了分析.LED光源雷达观测的同时,雷达中心的CJY-1G型前向散射能见度仪测量实时能见度,为反演消光系数提供边界值,该仪器测量范围为10—50000 m,精度为±10%(能见度61500 m时)或者±20%(能见度>1500 m时).4.1 轻度污染天观测结果与分析2018年2月4日晚(晴天),空气质量指数AQI在120到135之间,属于轻度污染天气.在当晚21:00(雷达中心能见度仪的能见度数据为8 km)进行了一次观测,探测结果示于图4.图4(a)为探测回波的RSCS,从探测曲线来看,530 nm波段在150 m高度内数据可靠,150 m高度以上,信噪比较低,曲线波动变大,475和625 nm波段在210 m高度内数据可靠.图4(b)为气溶胶消光系数的高度分布曲线,三个波长的消光系数随高度增加逐渐减小,在5—210 m高度内,475 nm波段消光系数从0.66 km−1减小到0.09 km−1,625 nm波段消光系数从0.47 km−1减小到0.06km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m高度内从0.57 km−1减小到0.13 km−1.图4 2018年2月4日21:00垂直观测结果 (a)RSCS;(b)消光系数高度分布曲线Fig.4.Vertical observations at 21:00 on February 4,2018:(a)RSCS;(b)aerosol extinction coefficient.4.2 中度污染天观测结果与分析2018年3月20日晚至21日凌晨(多云间晴),空气质量指数AQI在169到178之间,属于中度污染天气.在夜晚21:00、凌晨0:00和3:00分别用三个波长对气溶胶进行了探测,图5为系统探测到的回波RSCS,从曲线的波动可以看出,475和625 nm波段在300 m高度内数据可靠,530 nm波段在150 m高度内数据可靠.图6为气溶胶消光系数的高度分布曲线. 图6(a)为20日21:00(能见度为2.7 km)的消光系数随高度变化曲线.在5—270 m高度内,475 nm波段消光系数从1.61 km−1减小到0.05 km−1,625 nm波段消光系数从1.30 km−1减小到0.02km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m高度内从1.48 km−1减小到0.11 km−1.可以看出,21:00时,气溶胶在低处浓度较高,气溶胶消光系数随高度的增加而减小.图5 2018年3月20日至21日回波信号的RSCS (a)20日21:00;(b)21日00:00;(c)21日3:00Fig.5.RSCS on March 20–21,2018:(a)21:00 at 20;(b)00:00 at 21;(c)3:00 at 21.图6 2018年3月20日至21日气溶胶消光系数 (a)20日21:00;(b)21日00:00;(c)21日3:00Fig.6.Aerosol extinction coefficient on March 20–21,2018:(a)21:00 at 20;(b)00:00 at 21;(c)3:00 at 21.图6(b)所示为21日0:00(能见度为2.4 km)的消光系数随高度变化曲线.在5—300 m高度内,475 nm波段消光系数从1.81 km−1减小到0.08 km−1,625 nm 波段消光系数从1.47 km−1减小到0.04 km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m高度内从1.66 km−1减小到0.19 km−1.此时,各高度处消光系数都比21:00时有所增大.图6(c)所示为21日3:00(能见度为2.2 km)的消光系数随高度变化曲线.在5—300 m高度内,475 nm波段消光系数从1.97 km−1减小到0.13 km−1,625 nm波段消光系数从1.61 km−1减小到0.06 km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m 高度内从1.82 km−1减小到0.21 k m−1.数据表明,各高度处消光系数都比0:00时有所增大.4.3 重度污染天观测结果与分析2018年1月18日晚至19日凌晨(雾霾),能见度为2—3.5 km,空气质量指数AQI 在205到232之间,属于重度污染天气.在夜晚20:00,23:00和凌晨2:00分别用三个波长对气溶胶进行了探测.图7为系统探测到的回波RSCS,可以看出,475和625 nm波段在300 m高度内数据可靠,530 nm波段在150 m高度内数据可靠.图7 2018年1月18日至19日回波信号的RSCS (a)18日20:00;(b)18日23:00;(c)19日2:00Fig.7.RSCS on January 18–19,2018:(a)20:00 at 18;(b)23:00 at 18;(c)2:00 at 19.图8 2018年1月18日至19日气溶胶消光系数 (a)18日20:00;(b)18日23:00;(c)19日2:00Fig.8.Aerosol extinction coefficient on January 18–19,2018:(a)20:00 at 18;(b)23:00 at 18;(c)2:00 at 19.图8所示为经反演后获得的气溶胶消光系数的高度分布曲线.图8(a)为18日20:00(能见度为3.2 km)的消光系数随高度变化曲线.从图8(a)中可以看出,在5—150 m高度内,各波长气溶胶消光系数随高度的增加快速减小.在5—270 m高度内,475 nm波段消光系数从1.37 km−1减小到0.04 km−1,625 nm波段消光系数从1.09 km−1减小到0.02 km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m高度内从1.25 km−1减小到0.11 km−1.图8(b)所示为18日23:00(能见度为2.3 km)的消光系数随高度变化曲线.在5—300 m高度内,475 nm波段消光系数从1.88 km−1减小到0.16 km−1,625 nm 波段消光系数从1.53 km−1减小到0.05 km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m高度内从1.74 km−1减小到0.17 km−1.可以看出,23:00探测到的各波长的消光系数要比20:00探测到的消光系数大.图8(c)所示为19日2:00(能见度为2.7 km)的消光系数随高度变化曲线.在5—300m高度内,475 nm波段消光系数从1.61 km−1减小到0.11 km−1,625 nm波段消光系数从1.30 km−1减小到0.04 km−1,530 nm波段消光系数在5—150 m 高度内从1.48 km−1减小到0.22 km−1.从上述三天的数据可以看出,夜晚近地面气溶胶消光系数随着高度的增加而减小,尤其在150 m高度范围内,消光系数减小速度很快.轻度污染天近地面各高度的气溶胶消光系数均比中度和重度污染天要小,中度污染天的气溶胶消光系数与重度污染天相近.5 结论本文设计并研制了一台多波长LED光源雷达系统,介绍了系统的组成及工作原理,该系统可以实现在三个波段(475,530和625 nm)对大气气溶胶的探测.通过对系统几何重叠因子的计算与分析,得出该LED雷达对大气近地面的探测范围下限可到60 m,可以实现近距离的大气探测.对60 m以下的RSCS进行了修正,利用能见度数据确定边界值,采用Fernald前向积分反演气溶胶消光系数的垂直分布.分别在轻度污染、中度污染和重度污染天气情况下,对西安理工大学上空的近地面低层大气气溶胶进行了垂直观测,得到了300 m高度内三个波长的气溶胶消光系数随高度的变化曲线.探测结果表明,多波长LED光源雷达是探测近地面大气气溶胶垂直分布的一种有效方法,能够弥补激光雷达在近场探测方面的不足.参考文献【相关文献】[1]Han Y,Wang T J,Rao R Z,Wang Y J 2008 Acta Phys.Sin.57 7396(in Chinese)[韩永,王体健,饶瑞中,王英俭2008物理学报57 7396][2]Li S W,Si F Q,Zhao X 2009 J.Electr.Measur.Instr.23 69(in Chinese)[李素文,司福祺,赵鑫 2009电子测量与仪器学报23 69][3]Fan X H,Chen H B,Xia X A 2013 Chin.J.Atmos.Sci.37 477(in 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高反射率地区气溶胶光学厚度遥感反演_现状及展望_孙林

式（１）中，气溶胶对传感器获得的辐射值的影响，一方面是直接反射太阳辐射，使辐射亮
度增加；另一方面是向下反射地表反射辐射，使辐射亮度降低。通常情况下，在地表反射率较
低时，传感器接收的辐射值随气溶胶的增多而迅速增大。浓密植被法就是利用在浓密植被地
区红蓝波段的地表反射率和气溶胶光学厚度的这种关系，反演气溶胶光学厚度的。随着地表
１引言
大气气溶胶是指悬浮于大气中的具有一定稳定性的固体和液体微粒组成的分散体系，它的粒径范围可以从１０－３μｍ到１０２μｍ。气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的角色，它通过两种机制对气候变化产生影响，一方面，气溶胶通过散射和吸收太阳辐射以及地面辐射直接影响着地－气系统的辐射收支平衡［１］；另一方面，大量的气溶胶粒子作为云凝结核，可以使单位体积的云粒子数量增加、云滴半径减小，增加云的短波反射率，同时增加云的生命时间，这种变化不但影响地气系统的短波辐射，而且对长波辐射也会产生影响［２，３］。因此，精确测量气溶胶，对于研究气候变化具有重要意义。
３期
孙林等：高反射率地区气溶胶光学厚度遥感反演：现状及展望
７１
服地基探测的不足，为人们实时了解大区域范围内的气溶胶变化提供了可能。近年来，卫星遥感反演气溶胶光学厚度已经取得了很多的研究成果，发展了多种气溶胶
光学厚度反演算法，［５￣１１］流行的反演算法中，针对海洋上空气溶胶光学厚度的反演方法目前比较成熟，已经获得了较高的精度，取得了较好的应用效果，如利用ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ数据反演海洋上的气溶胶光学厚度已经业务化［６］。在红蓝波段地表反射率较低的浓密植被地区，气溶胶的光学厚度反演也已经达到了较高的精度［５￣９］。而对于干旱、半干旱以及城市等高反射率地区，气溶胶的光学厚度反演仍面临严峻的挑战，主要是因为在以上地区，地表的非均一性使地表反射率的精确确定非常困难，另外，当地表反射率升高时，气溶胶指示作用降低［５］。研究人员为解决高反射率地区的气溶胶光学厚度反演问题，提出了一系列的反演算法。本文总结了对高反射率地区气溶胶光学厚度的反演成果，分析了各方法在应用中的优势和不足。文章最后分析了高反射率地区气溶胶光学厚度反演的发展前景。

大气气溶胶光学厚度对天基光学遥感系统成像品质的影响

大气气溶胶特性对光学遥感系统成像质量的影响，可以用大气光学传递函数进行研究，以分析大气气溶胶光学特性与大气气溶胶传递函数的关系。本工作拟采用ＭＩＥ散射理论，分析大气气溶胶光学厚度影响下的大气消光作用，建立大气气溶胶点扩散函数（ｐｏｉｎｔｓｐｒｅａｄｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＦ）。评价其对遥感器成像过程的大气模糊效应，进而分析大气气溶胶
道却少之又少。
随着国家对空间数据的强烈需求及航天技术的飞速发展，遥感数据的应用领域不断拓宽，光学遥感卫星受到了前所未有的发展机遇。随之而来，对光学遥感卫星数据的质量也提出了更高的要求。过去以定性为主的遥感数据应用方
致图像质量降低主要原因之一是气溶胶混浊介质引起的前向光散射。根据气溶胶辐射特性，利用混浊介质辐射传输方程，推导了包含气溶胶光学特性的大气点扩散函数模型。根据此模型，定量化分析与评价其对光
学遥感器成像的大气模糊效应。研究发现气溶胶介质除了对遥感器成像过程中大气透过率能量衰减影响外，更重要的是由于散射对成像质量产生退化作用，大气气溶胶光学厚度的增加使得气溶胶散射强度的增强，
收稿日期：２０１３ — ０５ — ２９。修订日期：２０１３ — ０７ — ２８
感系统成像时，大气对遥感器成像图像的模糊效果强烈依赖
基金项目：国家自然科学基金项目（４１１０５０１７）资助

双波长气溶胶粒径传感方法及其火灾烟雾探测器

双波长气溶胶粒径传感方法及其火灾烟雾探测器王殊;邓田;窦征;朱明【摘要】提出了双波长光散射气溶胶粒径传感方法,设计实现了采用该方法的双波长火灾烟雾探测器.使用短波长和长波长的双波长光源,通过计算其光功率比值,利用其与中值粒径的关系函数获得气溶胶粒径,并根据不同粒径下的气溶胶浓度分别给出大小不同粒径的火灾烟雾或干扰气溶胶提示.因而,不仅可以有效区分大小不同粒径的火灾烟雾气溶胶,以正确探测火灾,而且能够识别微米级的大粒径干扰粒子,降低火灾误报率,可以应用于飞机等航空器空中密闭的特殊环境.【期刊名称】《火灾科学》【年(卷),期】2016(025)004【总页数】4页(P224-227)【关键词】烟雾探测;气溶胶粒径;双波长【作者】王殊;邓田;窦征;朱明【作者单位】华中科技大学电子信息与通信学院,武汉,430074;华中科技大学电子信息与通信学院,武汉,430074;华中科技大学电子信息与通信学院,武汉,430074;华中科技大学电子信息与通信学院,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】X93;X932飞机等航空器是一个处于高空的小型密闭空间的特殊环境，装载的仪器及电气设备精密复杂，存在过流过热等火灾隐患，货舱中也可能存在火灾危险且难以人工监测。

由于气压等原因，飞机火灾的燃烧状态、燃烧产物以及对火情预警的性能要求等均与地面火灾有所不同。

特别是误报警难以人工确认，一旦发生火灾会造成远高于地面的重大人员财产损失，因此亟需开发适用于飞机特殊需求的低误报率的火灾探测系统。

火灾早期阶段最明显的特征产物是热解气溶胶，NASA的空间测量结果表明，燃烧烟雾气溶胶大都处于亚微米量级，集中分布在100 nm～500 nm之间[1]，而非火灾气溶胶如灰尘和水蒸气等粒径均大于1 μm[2]。

光散射型火灾烟雾探测是火灾早期探测的主要方法，常用的红外光电烟雾探测器对300 nm以下的粒子敏感度较低，对大于1 μm的干扰粒子响应却很强，因此并不能有效地用于探测飞机火灾隐患并易产生误报警。

基于双视场激光雷达的气溶胶水平分布观测

收稿日期：2018-07-30,修订日期：2018-12-08 基金项目：国家重点研发计划项目"016YFC0200400 , 2016YFC0200402）,大气重污染成因与治理攻关项目（DQGG0102）,江苏省科技成果
转化专项资金项目（BA2015010）资助作者简介：王界，1986年生,中国科学院安徽光学精密机械研究所中级工程师 e-mail： jiewang@
图1 DFOV激光雷达系统结构 Fig. 1 System framework of the DFOV lidar
场雷达回波信号为例［如图2（a）*主视场接收的信号（黑色实线）在高空的信噪比较高，可以观测到6.45 km处的云层分布%而副视场的信号在高空的表现相对较弱，但近场1 km 左右的信号平滑度要优于主视场信号％经仔细筛选，选取 0.3〜0.45 km范围进行两条信号的拼接，在此拼接区间内，主副视场回波信号强度的线性比率为11.29（标准偏差 0.34）,线性度较好%拼接后的DFOV雷达回波信号如图2 （b）所示%在DFOV激光雷达连续观测运行时，每一时刻主副视场回波信号的拼接区间选择是不确定的，需要对拼接区间的线性度进行评价，动态调整拼接区间，但拼接区间一般在200 m〜500 m之间％
通讯联系人 e-mail: tszhang@
第9期
光谱学与光谱分析
2665
三个通道的信号经过放大器后！由数据采集卡采集解析%
Beam Expander
telescope〔 f/ Secondary | M2 mirror I
二 Secondary telescope
Polarizer Filter 532 nm ..
1装置
1. 1 DFOV激光雷达结构和性能参数 DFOV激光雷达系统结构如图1所示％激光器发射线偏

大气气溶胶光学厚度遥感研究概况

第25卷第3期2007年9月干旱气象AR I D METEOROLOGYV o.l 25 N o .3Sept ,2007文章编号:1006-7639(2007)-03-0076-06大气气溶胶光学厚度遥感研究概况宋薇,张镭*(兰州大学大气科学学院,甘肃兰州 730000;甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,甘肃兰州 730020)摘要:大气气溶胶是影响气候变化的重要因子之一,利用遥感手段不仅可以获得气溶胶的分布信息,也可以得到相关的气溶胶光学特性参数。

本文阐述了国内外气溶胶遥感的发展动态,介绍了气溶胶遥感的基本情况及气溶胶光学厚度反演的几种方法,提出了存在的问题并对今后的研究进行了展望。

关键词:大气气溶胶;遥感;反演;气溶胶光学厚度中图分类号:P407.4 文献标识码:A收稿日期:2007-03-26;改回日期:2007-06-21基金项目:国家自然科学基金项目(40675078)和国家重点基础研究发展规划项目(2006CB400501)资助作者简介:宋薇(1982-)女,甘肃敦煌人,硕士研究生,主要从事大气辐射和大气遥感研究.E -m a i :l songw ei 04@l zu .cn * 通讯联系人:z h angle@i l zu 引言气溶胶是指悬浮在气体中的固体和液体微粒与气体载体共同组成的多相体系,其动力学直径大约是0.001~100L m 。

因此,可以把空气看成是一种气溶胶,因为空气中含有各种悬浮的固体和液体粒子,即大气气溶胶粒子,其组分复杂,具有独特的物理化学性质。

大气气溶胶由不同相态的物质组成,虽然含量很少,但对大气中发生的许多物理化学过程都有重要影响,因此是气候变化模拟和环境遥感中的重要因子。

研究表明,气溶胶主要通过3种机制来影响气候[1-4]:(1)气溶胶对短波和长波辐射的直接散射和吸收。

对大气的影响是:气溶胶的散射作用将减少入射到地气系统的太阳辐射,起冷却作用;气溶胶吸收太阳短波辐射,对其所在的气层有加热作用。

中国东南部地区气溶胶光学特性激光雷达探测

收稿日期: 2007-09-28; 修订日期: 2007-11-22基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(编号：2006CB403701, 2006CB701302)；高等学校博士点基金项目(编号：200604086036)；国家自然科学基金项目(编号：40523005, 40676094)；国家教育部留学回国人员科研启动基金(编号：2006331)；测绘遥感信息工程国家重点实验室基金项目(编号：060401)；武汉“晨光计划”项目(编号：20065004116-04)和灾害天气国家重点实验室基金项目(编号：2006LASW014)。

第一作者简介:马盈盈(1982— ), 女, 博士研究生, 摄影测量与遥感专业。

主要从事激光雷达对大气探测和大气气溶胶参数反演的研究。

E-mail:yym863@ 。

中国东南部地区气溶胶光学特性激光雷达探测马盈盈1, 龚威1, 朱忠敏21. 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北武汉 430079;2. 武汉大学多媒体国家软件工程技术研究中心, 湖北武汉 430079摘要: 通过反演CALIPSO 卫星的数据, 分析中国东南部地区气溶胶光学厚度从2006年6月到次年2月间的变化特性。

采用激光雷达卫星的观测数据能从更广泛的全球观测范围获得相关的气溶胶信息。

介绍了上述地区海洋面与陆地面气溶胶的差别并讨论其产生的原因, 描述了气溶胶光学厚度随高度层次的变化及其在整体区域范围内的分布特点。

这些信息为今后深入进行天气预报和气候变化研究以及分析气象气候与气溶胶的相互联系提供了参考数据。

关键词: CALIPSO, 激光雷达, 光学厚度, 激光雷达比中图分类号: P407 文献标识码: A1 引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。

气溶胶的产生受多方面因素的影响, 沙尘暴、林火烟灰、花粉、海水溅沫和工业、交通、农业、建筑等直接排放的气溶胶粒子分别是其产生的自然源和人工源(Zhou 等, 1998)。

用于成像光谱仪的宽视场离轴三反望远镜设计_陈伟

第４２卷第８光ＨＯ子ＴＯＮ学ＩＣＡ报ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．８Ａｕｇｕｓｔ２０１３
ｄｏｉ：１０．３７８８／ｇｚｘｂ２０１３４２０８．０９５０
用于成像光谱仪的宽视场离轴三反望远镜设计
陈伟，薛闯
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１３００３３）
摘要：大相对孔径宽视场成像光谱仪已成航天、航空遥感的迫切需求，要求其望远镜具有大相对孔径、宽视场和像方远心、成像质量高等特点．以同轴三反望远镜的几何成像理论为基础，研究了大相对孔径、宽视场远心离轴三反望远镜的光学设计问题，并且编制了初始结构计算程序．采用视场离轴方式设计了一个波段范围２００～１０００ｎｍ，焦距２１０ｍｍ，相对孔径１∶２．５，线视场１４°的远心离轴三反望远镜，主镜和三镜为６次非球面，次镜为二次曲面．点列图直径的均方根值小于１６μｍ，８０％的能量集中在一个像元以内，在奈奎斯特空间频率２２．２ｌｐ／ｍｍ处，调制传递函数大于０．７５，畸变小于０．２％，各项指标均满足应用要求．关键词：光学设计；望远镜；成像光谱仪；离轴三反消像散；空间分辨力中图分类号：Ｏ４３３．１；ＴＮ７４４．１文献标识码：Ａ文章编号：１００４－４２１３（２０１３）０８－０９５０－６
２初始结构参量计算
离轴三反望远镜是在同轴三反望远镜的基础上进行离轴得到的，所以同轴三反望远镜的三级像差理论是离轴三反望远镜设计的基础．首先把离轴三反望远镜看成同轴系统进行初始结构参量计算，同轴三反望远镜的光学结构和参量定义如图１所示，图中所标长度量均为带有符号的量，规定，从左到右为正，从右到左为负．

VRSS-1卫星数据气溶胶光学厚度反演及精度验证

VRSS-1卫星数据气溶胶光学厚度反演及精度验证兰晓峰【摘要】采用委内瑞拉遥感卫星(VRSS-1)数据进行气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)反演,是VRSS-1卫星数据在环保领域应用的一次尝试.本文采用将VRSS-1卫星数据反演的气溶胶光学厚度结果与NASA(美国航空航天局)公布的MODIS气溶胶标准产品对比的方法进行精度验证,以确定所选择的气溶胶光学厚度算法是否适合VRSS-1卫星数据.【期刊名称】《北京测绘》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】6页(P1-6)【关键词】VRSS-1;遥感监测;AOD;气溶胶;MODIS【作者】兰晓峰【作者单位】航天恒星科技有限公司,北京100088【正文语种】中文【中图分类】P237遥感技术以其监测速度快、范围广、能够进行长时间动态监测、投入成本低、回报高、无需现场采集样本等特点，可以发现常规方法无法监测到的污染源，并且可对指定区域进行跟踪测量，同时能够快速获取环境有关的全方面信息，如大气生态效应等情况。

现阶段，遥感技术已成为环境监测最重要的监测手段之一，在大气环境监测、水环境监测、生态环境监测等方面得到广泛的应用。

[1,2]大气气溶胶是指悬浮在地球大气中的具有一定稳定性的，沉降速度小的，粒径范围在10-3微米到10-2微米之间的分子团、固态或液态微粒所组成的分散体系。

气溶胶是研究大气污染的重要参数。

它影响地气系统辐射平衡，是气候变化研究中的重要因子。

同时气溶胶信息也是卫星遥感影像大气校正的重要参数之一，气溶胶还与其他环境问题密切相关，对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响，因此，对气溶胶光学厚度的研究对于大气污染监测、全球辐射平衡过程及气候效应研究都有一定的参考价值。

[3,4]本课题旨在研究VRSS-1卫星在气溶胶光学厚度监测方面的可行性，具体方法是将气溶胶光学厚度反演算法通过软件模块的形式应用到实际工作中，采用 VRSS-1卫星遥感影像数据进行气溶胶光学厚度产品加工，然后将获得的VRSS-1卫星气溶胶产品与美国航空航天局(NASA)公布的MODIS气溶胶标准产品进行精度对比分析，以确定该方法是否可行。

大气中气溶胶激光雷达探测技术研究

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。

利用Landsat_TM影像监测北京地区气溶胶的空间分布_3

卫星遥感影像可见光波段的数据质量受大气分子和气溶胶粒子散射效果的影响明显。由大气分子引起的瑞利散射(Rayleigh scattering)可以用物理模型计算 ;而由气溶胶粒子引起的米散射(Mie scattering) 很难通过物理模型简单地描述清楚 , 因为气溶胶的组分、浓度分布、粒子谱及粒子形状都很复杂。因此 , 在卫星遥感领域中 , 如何正确评估气溶胶的散射效果成为重要议题。目前已有很多方法通过利用卫星遥感来反演气溶胶光学性质和研究大气环境质量。自 1979 年以来 ,NOAA/ AVHRR 数据就已经用于研究气溶胶 , 0.63 μm 通道广泛应用于绘制海洋上的气溶胶光学厚度 , 加上 0.86 μm 通道 , 就可估计容格分布的尺度参数。在 NASA 的地球观测系统计划 (EOS)中 , 中分辨率成像光谱仪(MODIS)和多角度成像光谱仪(MISR)与气溶胶的研究有关。MODIS 有许多可见光和近红外通道已用于绘制气溶胶光学厚度
(1)
第 3 期王耀庭等 :利用 Landsat/ TM 影像监测北京地区气溶胶的空间分布
第 21 页
Δτ=τ2 -τ1 =cos θ·ln
σ1(ρ＊) σ2(ρ＊)
(2)
式中 :σ1(ρ＊)、σ2(ρ＊)分别为参考影像和污染影像表
观反射率的标准方差 ;θ1 、θ2 分别为两幅影像的卫星
Vr =3 191/τ
(3)
式中 :τ为总的消光系数 , 包括颗粒物散射消光、分子
散射消光和分子吸收消光。本文中 τ采用的是气溶
胶光学厚度值。计算结果见图 3(单位 :km)。
图 2 北京市区气溶胶高值中心附近的参考影像(a) 和污染影像(b)部分区域的对比

基于MODIS数据的北京气溶胶光学厚度(AOD)遥感反演

基于MODIS数据的北京气溶胶光学厚度(AOD)遥感反演发布时间：2021-06-17T14:03:25.527Z 来源：《基层建设》2021年第7期作者：程卫华[导读] 摘要：以近年来中国空气污染最严重的地区之一北京作为研究区域，采用目前较为成熟的气溶胶光学厚度（AOD）遥感反演研究方法-暗像元算法为依托，选取天气比较晴朗MODIS卫星遥感影像作为研究区域的数据源，进行气溶胶光学厚度遥感反演研究。

重庆交通大学重庆 400000摘要：以近年来中国空气污染最严重的地区之一北京作为研究区域，采用目前较为成熟的气溶胶光学厚度（AOD）遥感反演研究方法-暗像元算法为依托，选取天气比较晴朗MODIS卫星遥感影像作为研究区域的数据源，进行气溶胶光学厚度遥感反演研究。

结果显示，暗像元算法可以较好的完成对于气溶胶光学厚度的监测，反演出某一时刻北京市的气溶胶光学厚度，从而一定程度上反应某一时刻北京市大气污染状况。

关键词：气溶胶；AOD；北京；暗像元算法；MODIS0前言近年来全国各地频现的雾霾天气，不但制约和影响着我们国民经济的发展, 更威胁着我们每个人的生命健康。

气溶胶是雾霾形成的基础和前提，人类活动排放的污染物中包括直接排放的气溶胶和各种气态污染物，通过光化学转化，这些物质可形成二次气溶胶，这就使得危害人体健康的细颗粒物PM2.5的浓度进一步升高。

目前我国大气环境常规监测手段仍是通过建立地面监测站的方式，我国幅员辽阔，想要监测大区域尺度的空气质量状况，实现区域、全球的大气环境质量监测，显然现有的地面监测站的数量远不能满足需求[1]。

卫星遥感监测手段为我们提供了天地一体化的监测体系，卫星遥感在大气环境监测方面具有广覆盖、连续性、空间性和预测性的独特优势，能够在更大尺度的空间范围内快速、实时、准确地获取大气环境状况。

气溶胶光学厚度是气溶胶胶体的重要光学特征，通过对气溶胶光学厚度的反演，建立其和地基空气质量监测的PM2.5浓度的关系模型，可以获得大尺度区域的近地表PM2.5的浓度[2]，弥补了地基空气质量监测中由于地面监测站的数量有限而无法监测大范围区域空气质量指标的不足。

安阳市大气气溶胶激光雷达秋冬季监测案例

安阳市大气气溶胶激光雷达秋冬季监测案例傅冰;谢永霞;崔星华【期刊名称】《绿色科技》【年(卷),期】2022(24)18【摘要】2020年11月1日至2021年2月1日安阳市生态环境监控中心应用天眼气溶胶激光雷达对安阳市布点监测,通过该时段大量的数据记录气溶胶的时空变化、摸清本地污染物排放规律、沙尘雾霾传输等特征天气。

通过气溶胶激光雷达垂直探空数据表明:11月至次年1月共出现:10次沙尘传输沉降过程,其中1月10~19日最为严重。

沙尘传输高度到达安阳城区传输高度为2 km以内,浮尘高度在1 km以内,传输方位均为西北方向。

11月至次年1月共计出现11次雾霾传输过程,传输高度集中在1 km以内,主要高度分布在600~800 m之间,传输方位以东北以及西南方位为主。

11月至次年1月出现沙尘传输往往伴随边界层抬升,出现雾霾传输时往往伴随边界层下降。

天眼系统水平雷达表明:信访局站点颗粒物主要来源于东南方位以及正东方位的扬尘源以及尾气源,银杏小区站点颗粒物主要来源于东南方位餐饮、散煤等燃烧以及部分工业源影响。

从而进一步落实差异化减排措施,实施科学精准管控,协同推动生态环境高水平保护和经济高质量发展。

【总页数】5页(P179-182)【作者】傅冰;谢永霞;崔星华【作者单位】河南省安阳市生态环境监控中心;河南省安阳市生态环境科学研究所【正文语种】中文【中图分类】X513【相关文献】1.2005～2006年秋冬季西宁大气中黑碳气溶胶的浓度变化特征2.基于激光雷达的厦门大气气溶胶监测分析3.天津市区秋冬季大气气溶胶散射系数的变化特征4.气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用5.长春秋冬季大气黑碳气溶胶的特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

宽波段成像光谱仪:天宫里的尖端“相机”

宽波段成像光谱仪：天宫里的尖端“相机”
佚名
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2016(37)10
【摘要】从神舟到天宫，载人航天的历次巡天任务都少不了为人类生活的地球拍照，帮助我们在浩瀚的宇宙中从各个方位“感知”地球。

在本次飞行任务中为“天宫二号”太空实验室定制了一台高性能航天“数码相机”。

【总页数】1页(PF0004-F0004)
【关键词】数码相机;成像光谱仪;宽波段;载人航天;太空实验室;人类生活;飞行任务;地球
【正文语种】中文
【中图分类】V476.2
【相关文献】
1.宽波段高分辨率改进型Czerny-Turner成像光谱仪研究 [J], 严羚玮
2.宽波段高分辨率Dyson成像光谱仪设计研究 [J], 严羚玮
3.宽波段高分辨率小型紫外成像光谱仪光学系统研究 [J], 丛海芳;王春晖;王宇
4.大视场宽谱段高分辨率分波段机载紫外-可见光成像光谱仪设计 [J], 郝爱花;胡炳樑;白加光;李立波;于涛;李思远
5.天宫二号卫星宽波段成像光谱仪地理定位方法 [J], 杨涛;何玉青;胡秀清
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《2024年北京市区秋季边界层气溶胶水平分布特征的飞机航测研究》范文

《北京市区秋季边界层气溶胶水平分布特征的飞机航测研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快和工业的迅猛发展，气溶胶污染问题逐渐成为影响城市环境质量的重要因素。

北京市作为我国首都，其空气质量及气溶胶分布特征的研究具有极高的科学价值和实际意义。

本研究采用飞机航测技术，对北京市区秋季边界层气溶胶水平分布特征进行深入研究，以期为城市环境治理和空气质量改善提供科学依据。

二、研究方法与数据来源本研究采用飞机航测技术，对北京市区进行系统性的气溶胶水平分布测量。

具体方法包括：选用适当的飞行高度和速度，结合先进的仪器设备，对边界层内的气溶胶浓度、粒径分布等参数进行测量。

数据来源包括航测过程中的实时测量数据及后期的数据处理结果。

三、研究区域与时间本研究选取北京市区为研究区域，时间定为秋季。

秋季是北京市气溶胶污染较为严重的时期，因此，对这一时期的气溶胶水平分布特征进行研究具有重要意义。

四、气溶胶水平分布特征分析1. 浓度分布特征通过飞机航测数据，我们发现北京市区秋季边界层气溶胶浓度较高，且呈现出明显的空间分布不均。

城区及工业区气溶胶浓度较高，而郊区及自然环境区域气溶胶浓度相对较低。

此外，受气象条件影响，气溶胶浓度在日变化和月变化上均有所差异。

2. 粒径分布特征气溶胶粒径分布是影响其环境行为和健康效应的重要因素。

本研究发现，北京市区秋季边界层气溶胶以细粒子为主，主要集中在PM2.5（粒径小于 2.5微米）范围内。

不同区域、不同时间段的气溶胶粒径分布存在一定差异，但总体趋势相似。

3. 影响因素分析气溶胶水平分布受多种因素影响，包括气象条件、地形地貌、人为活动等。

本研究发现，风速、温度、湿度等气象条件对气溶胶水平分布具有重要影响。

此外，人为活动如工业生产、交通排放等也是导致气溶胶污染的重要原因。

五、结论与建议通过飞机航测研究，我们得出以下结论：北京市区秋季边界层气溶胶水平分布呈现出明显的空间不均，城区及工业区气溶胶浓度较高；气溶胶以细粒子为主，主要集中在PM2.5范围内；气象条件和人为活动是影响气溶胶水平分布的重要因素。

大气气溶胶多层结构的激光雷达探测

装备环境工程第16卷第6期·30·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2019年6月大气气溶胶多层结构的激光雷达探测于思琪1,2，刘东2，徐继伟2，王珍珠2，吴德成2，王英俭1,2（1.中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，合肥 230026；2.中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，合肥 230031）摘要：目的探测大气气溶胶的垂直分布，表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。

方法使用金华站点激光雷达观测数据进行个例分析，用梯度法对边界层进行反演，利用退偏振比、颜色比和光学厚度对大气中不同高度的气溶胶层进行分析。

结果大气垂直结构会出现多层不同性质的气溶胶层，激光雷达可以准确地探测气溶胶随时间变化的垂直结构特征。

选取0点至8点进行分析表明，在1.5 km高度上下出现两层气溶胶层，上下两层气溶胶层呈现出不同的性质，且其性质会随时间变化而改变。

结论大气边界层以外气溶胶分布较为复杂，利用激光雷达探测的气溶胶消光系数、退偏振比、颜色比和光学厚度等参数能够较好地表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。

关键词：激光雷达；气溶胶层；垂直分布DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2019.06.006中图分类号：X831 文献标识码：A文章编号：1672-9242(2019)06-0030-05Aerosol Multi-layer Vertical Distribution Detected by LidarYU Si-qi1,2, LIU Dong2, XU Ji-wei2, WANG Zhen-zhu2, WU De-cheng2, WANG Ying-jian1,2(1. School of Environmental Science and Optoelectronic Technology, University of Science and Technology of China, Hefei230026, China; 2. Key Laboratory of Atmospheric Optics, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy ofSciences, Hefei 230031, China)ABSTRACT: Objective To detect the atmospheric aerosol vertical distribution and characterize the vertical structure of aerosol and the properties of each aerosol layer. Methods Lidar data of Jinhua city was used to have case study. Planetary boundary layer (PBL) was inversed with the gradient method. The proprieties of aerosol layers at different height were analyzed based on parameters of volume depolarization ratio (VDR), attenuated color ratio (ACR) and aerosol optical depth (AOD). Results Multi-layer aerosol could appear in the vertical structure of atmosphere. Lidar can accurately detect the vertical structural char-acteristics of aerosols over time. Analysis on aerosol layers during 00:00 to 08:00 showed that there were two aerosol layers.One was lower than 1.5 km; and the other was higher than 1.5 km. Besides, the two layers showed diverse characteristics changing with time. Conclusion The aerosol layer outside the PBL shows complex character. The depolarization ratio, extinc-tion and color ratio, optical thickness and other parameters detected through lidar could help to characterize the vertical structure of aerosol and the properties of each aerosol layer.KEY WORDS: LIDAR; aerosol layer; vertical distribution收稿日期：2019-01-02；修订日期：2019-03-04基金项目：中国科学院青年创新促进会（2017482）；国家自然科学基金面上项目资助（41875033）作者简介：于思琪（1992—），女，河北邢台人，博士研究生，主要研究方向为激光雷达大气探测。

利用6S模型的自定义气溶胶类型反演北京地区气溶胶光学厚度

利用6S 模型的自定义气溶胶类型反演北京地区气溶胶光学厚度李兆麟,左洪超△,罗雯(兰州大学大气科学学院,甘肃兰州730000)摘要:选用合理的气溶胶类型能够极大提高气溶胶光学厚度的反演精度,对此本文提出一种基于中分辨率成像光谱仪(MODIS )与地基太阳光度计数据相结合,以确定气溶胶各组分体积百分比的方法,利用该方法得到了北京地区自定义的气溶胶类型。

进一步测试了自定义型和两种标准气溶胶类型(大陆型、城市型)下的表观反射率对气溶胶光学厚度的敏感性,结果显示不同的气溶胶类型使红、蓝和中红外波段表观反射率对于气溶胶光学厚度的敏感性有显著差异。

使用暗像元法反演北京地区晴空条件下不同气溶胶类型的气溶胶光学厚度,并与AERONET 地面观测数据对比进行精度验证。

自定义气溶胶类型的反演结果精度最高,且相较于两种标准气溶胶类型的相对误差要低10%以上。

城市型气溶胶类型对于光学厚度的反演存在明显高估,不适用于北京地区,这与其煤烟性粒子所占比重较大有关。

关键词:大气遥感;MODIS;气溶胶光学厚度;6S ;反演中图分类号:P407.4大气气溶胶是由悬浮于大气中的固体和液体微粒混合而成的多相体系。

气溶胶在大气中含量虽然很少,但是可以通过对太阳辐射进行散射和吸收,直接或间接改变地-气系统的能量收支平衡,从而影响全球或区域气候变化[1-2]。

此外,随着城市大气污染问题受到广泛关注,气溶胶作为一种大气污染物对于人体健康具有严重危害,因此对于城市上空大气气溶胶的监测和研究具有重要意义。

在大气气溶胶参数的监测中,气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD )作为表征其光学特性的重要物理量,是指消光系数在垂直方向上对整层大气的积分,有助于推算大气气溶胶含量并评估空气质量[3]。

目前,对于AOD 的监测形式分为地基直接观测和卫星遥感监测。

地基观测普遍使用CE-318太阳光度计进行测量,具有较高的反演精度,但这种方法只能代表单个测站及其周围小部分空间范围内的情况,并不能准确反映较大尺度的气溶胶时空变化特征。