激光雷达探测气溶胶实验报告
紫外多波长激光雷达的臭氧和气溶胶同步观测研究
紫外多波长激光雷达的臭氧和气溶胶同步观测研究紫外多波长激光雷达的臭氧和气溶胶同步观测研究激光雷达是一种通过激光束对大气中的物质进行定量探测的先进仪器。
在大气科学研究中，紫外多波长激光雷达因其高分辨率和高灵敏度而备受关注。
它能够精确探测大气中的臭氧和气溶胶，对于深入了解大气污染物的分布和特性具有重要意义。
本文将探讨紫外多波长激光雷达在臭氧和气溶胶同步观测方面的研究进展和应用前景。
首先，紫外多波长激光雷达通过发射紫外光束，能够在大气中测量到臭氧的浓度和分布。
臭氧是大气层中的一种重要气体，它既是太阳紫外线的吸收者，又是一种强氧化剂，具有重要的气候和环境效应。
通过利用激光雷达的多波长特性，我们可以准确测量不同高度和不同区域中臭氧的分布。
这对于研究臭氧的生成机理、运输规律以及臭氧对大气环境的影响具有重要的意义。
其次，气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒物。
它们来源于自然和人类活动，包括尘埃、烟雾、工业废气等。
气溶胶对大气辐射传输和云的形成具有重要影响。
紫外多波长激光雷达能够实时测量气溶胶的浓度、粒径和分布。
通过观测气溶胶的变化，可以更好地研究气溶胶的来源、演化过程和对气候变化的影响。
此外，气溶胶也是大气污染物的携带者，研究其分布和传输特性对于环境保护和健康风险评估具有重要意义。
紫外多波长激光雷达的同步观测臭氧和气溶胶的研究已经取得了一系列重要的研究成果。
例如，在研究当地和远程气溶胶传输的过程中，利用激光雷达观测到的气溶胶垂直分布和粒径分布等信息，可以和臭氧的分布进行关联分析，从而揭示气溶胶对臭氧生成和消耗的影响。
此外，通过对比激光雷达观测到的臭氧和气溶胶的时空分布，还能更深入地研究它们之间的相互作用和反馈机制。
未来，紫外多波长激光雷达在臭氧和气溶胶同步观测方面仍有许多挑战和应用前景。
首先，进一步提高激光雷达的分辨率和探测灵敏度，能够更准确地测量臭氧和气溶胶的微小变化。
其次，加强对臭氧和气溶胶之间相互关系的研究，揭示其在大气化学过程中的作用机制。
基于CALIPSO卫星的区域气溶胶特性研究
基于CALIPSO卫星的区域气溶胶特性研究基于CALIPSO卫星的区域气溶胶特性研究气溶胶是指悬浮在大气中的固体或液体微粒，它们对大气的辐射传输、云的形成和降水过程等有着重要的影响。
随着经济的发展和工业化进程的推进，大气污染问题日益突出，气溶胶的来源、成分和变化越来越受到人们的关注。
作为一种全球环境监测卫星，CALIPSO（云与大气激光探测与观测卫星）具有高垂直分辨率、高精度和高时空分辨率等特点，它可以提供有关气溶胶垂直分布、光学特性和性质的详细信息，因此被广泛应用于区域气溶胶特性的研究。
首先，CALIPSO卫星通过搭载的激光雷达系统可以测量出气溶胶的垂直分布。
激光雷达发射垂直向下的激光束，当激光束穿过大气中的气溶胶时，会被散射回来，通过测量散射回来的激光强度，可以获得气溶胶的垂直分布信息。
这项技术不仅可以提供气溶胶在不同高度上的浓度分布，还可以揭示气溶胶的分层结构，为进一步研究气溶胶在大气中的传输和输送提供了基础数据。
其次，CALIPSO卫星能够获取气溶胶的光学特性。
气溶胶的光学特性主要包括散射特性和吸收特性。
CALIPSO卫星通过测量激光雷达发射的激光束在大气中被散射的强度，可以得到气溶胶的散射光学厚度，从而可以推测出气溶胶的粒径分布和浓度。
此外，CALIPSO卫星还可以通过测量大气中的辐射场，研究气溶胶的吸收特性，例如黑碳等吸热性气溶胶的浓度。
最后，CALIPSO卫星还能提供有关气溶胶的化学成分和来源的线索。
通过分析气溶胶的化学成分，可以深入了解气溶胶的来源和演化过程。
CALIPSO卫星尤其可以配合与地面观测站点的数据进行对比，并结合气象分析结果，可以更好地揭示气溶胶的地理分布特征和季节变化趋势。
利用CALIPSO卫星的数据，研究人员对全球范围的气溶胶特性进行了广泛的研究。
通过对区域气溶胶的特性研究，我们可以更好地了解气溶胶的时空分布和演变规律，为气象预报、空气质量监测和大气环境管理等提供科学依据。
地基拉曼-米激光雷达气溶胶后向散射及消光系数反演
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。
激光雷达报告
X ( z ) exp[ 2( S a S m ) m ( z )dz ]
z
zc
C 2 S a X ( z ) exp[ 2( S a S m ) m ( z )dz ]dz
0 0
z
z
Fernald法(2)
气溶胶后向散射系数： 后向积分：
zc
a ( z) m ( z)
0 z
4.2 典型反演算法
斜率法(Collis,1966) 多仰角法(J.D.Sprinhirne,1980) Klett法(J.D.Klett,1981) Fernald法(F.G.Fernald,1976)
斜率法
X ( z) Pz ( z, ) z 2 C[ a ( z, ) m ( z, )] exp{ 2 [ a ( z, ) m ( z, )]dz}
20
10
Backscattering coefficient - possible point of calibration
4、Mie散射型激光雷达方程的反演算法
4.1 Mie散射型激光雷达方程
X ( z) Pz ( z, ) z 2 C[ a ( z, ) m ( z, )] exp{2 [ a ( z, ) m ( z, )]dz}
-7.0 5 6 7 8 9
天气情况说明：阴
z,Horizontal Distance(km)
斜率法示例(1)
-4.0
C Linear Fit of A2003072517H_C
-4.5
-5.0
2003-07-25 17:00
ln(Pz*z )
利用激光雷达测量都市上空气溶胶的浓度分布
ａ ｈ ｒ ｏ ｔｌＭｉ ｃ ｔ ｒ ｇ Ｌ ｄ ｙ ｔ ｏ ｚ ｎａ ｅ ｓ ａｔ ｉ ｉａ ｓ ｓ ｍ． ＿ ｔ ｅ ｒ ｍｏｅ ｓ ｎ ｉ ｇ ｌ ａ ｙ ｔｍ ａ ｆ ｃｉｅｙ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｉ ｅｎ ｌ ｅ ￣ ｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｉｌ ｓ ｓ ｃｖ ｎ ｄ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｌ ａ ｕ ｅ ｖ
测系统 ， 其测 量距 离可达到几公里 ， 而且具 有高 时空分辨 率 的特 点。 同时 ， 其设 计也 可以达到激 光安全 标
准。本研究所用的激光雷达系统 是安装在海拔 １８米高 的山上 。在观测时 可以测量稠密市 区上空的气 溶 １ 胶分布与及监察从 发电厂排放 出的微粒 。本文介绍这 激光雷达系统的设计 及激光雷达反 演的方法 。会对
３Ｄｐ ｒ ｅｔ Ｐ ｙｉ ， ｉ ｕｎＵ ｉ ￣ｔ， ｈｎｄ ， １０ ４ Ｃ ｉａ ． ｅａｔ ｎ ｏ ｈｓ ｓ Ｓ ｈａ ｎｖ ｉ Ｃ ｅｇ ｕ ６０ ６ ， ｈｎ ） ｍ ｆ ｃ ｃ ｅ ｙ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｅｏ ｏ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｎ ｖ ｒｕ ｐ ｒａｍｏ ｐ ｅｅ ｏ ｒ ａ ｉｔｉｔ ａｌｂ ｓ ｎ ｔｒ ｄ ｗｉｈ ｒ ｓ ｌｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｓｏ ｅ ｐ ｅ ｔ ｓ ｈ ｒ ｆｕ ｂ ｎ ｄ ｓｒｃｓＣ ｌ ｅ ｔｂ ｍｏ ｉｏｅ ｔ ａｏ ｅ
（ ． ｔ ｒｌ ｉ ｌ ｎ ｅｐｙｉ ｌ ｕｅ ｕ Ｍａａ Ａ １Ｍｅ ｏｏ ｇｃ ｄＧ ｏｈｓ ａ ｒ ， ｃｏＳ Ｒ，Ｃ ｉ ； ｅ ｏ ａａ ｃ Ｂ ａ ｈｎ ａ
２ Ｍａａ ｎ ｅ ｉ ｃ ｎｅａｄ Ｔｃｎ ｌ ｙ Ｍａａ Ａ Ｃ ｉａ ． ｃ ｕＵ ｉ ￣ ｔ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ， ｃｏＳ Ｒ， ｈｎ ； ｖ ｙ ｆＳ ｅ ｇ
激光雷达量度的消光系数与大气监测 的可悬 浮粒子浓度之间的相关性进行考证 。 关键词 ： 米散射 ； 大气激光雷达 ； 大气消光系数 ； 气溶胶
激光雷达测气溶胶消光系数实验研究
激光雷达测气溶胶消光系数实验研究摘要：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；MATLAB0 前言本文为米散射激光雷达测大气气溶胶消光系数的研究报告，包含激光雷达的原理、斜率法等内容。
大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体和（或）液体微粒，气溶胶的范围很广，如地面的扬尘、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉以及水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子，都属于气溶胶。
除了自然界自然产生的气溶胶粒子以外，人为排放到大气内的污染气体等也会最终形成为气溶胶粒子。
气溶胶粒子会直接和间接地影响着气候，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和大气的辐射收支，凝结成核参与云的形成，从而影响到天气和气候的变化。
[1]另外，大气气溶胶的浓度变化还会直接影响到人们的健康和生存环境[2]。
激光雷达是一种主动的遥感探测工具，已有多年的历史，已广泛应用于激光大气传输、全球气候预测、气溶胶辐射效应及大气环境等研究领域[3]。
激光雷达探空方法是向大气中发射激光束（微米波），利用大气中的气溶胶或大气分子为媒介，进行大气遥感探测。
由于激光的波长较短且脉冲的宽度窄，故可进行全大气层内的高精度及高时空分辨率探测。
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极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，是其他探测手段不能比拟的[4]。
1 研究目的及背景大气中，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。
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)。
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。
紫外激光荧光雷达探测生物气溶胶
紫外激光荧光雷达探测生物气溶胶邹炳芳张寅超刘小勤（中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031）E-mail:******************摘要对生化毒剂进行探测是LIF技术的主要应用领域[1] [2]。
紫外激光荧光雷达是利用LIF技术进行远距离探测实现预警的重要手段之一，用于近地面至3.5km高度范围内生物气溶胶荧光信号垂直廓线的探测。
对激光荧光雷达探测生物气溶胶的原理进行了简单的叙述，介绍了研制的激光荧光雷达的总体结构和技术参数，对其接收的荧光信号进行数值模拟，分析讨论了激光雷达参数对探测荧光信号信噪比影响。
对真实系统的搭建具有重要的理论指导意义。
关键词紫外激光荧光雷达生物气溶胶激光诱导荧光（LIF）信噪比数值模拟UV fluorescence lidar detection of bioaerosolsZou Bingfang Zhang Yinchao Liu Xiaoqin(Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciencer Hefei 230031)E-mail:******************Abstract: Detecting biochemistry warfare is the main application domain of the Laser Induced Fluorescence (LIF) technique. UV fluorescence lidar is one of the important means in which LIF technique is used for stand-off detection and has the ability to achieve early warning, it could be used to detect the perpendicular distributing of the bioaerosols fluorescence from the ground to 3.5 km. The basic principal of the Fluorescence lidar on bioaerosols detection is described, the whole structure and technique parameters are introduced, a numerical simulation of the fluorescence of bioaerosols particles as a function of ranges is shown, the influence of the lidar parameter on the detected fluorescence signal-to-noise is discussed. It gives an important academic instruction on the constructing lidar system.Key Words:UV fluorescence lidar bioaerosols Laser Induced Fluorescence (LIF)signal-to-noise(SNR) numerical simulationⅠ引言对生化毒剂进行探测是LIF技术的主要应用领域。
气溶胶激光雷达标定
气溶胶激光雷达标定【气溶胶激光雷达标定】——揭秘大气微粒的探测之谜1. 前言气溶胶激光雷达标定是大气科学研究中的重要环节之一。
随着气溶胶激光雷达技术的快速发展，它在大气物理学、气候学、环境科学中的应用越发广泛。
本文将深入探讨气溶胶激光雷达标定的背景意义、原理以及相关技术。
2. 背景意义气溶胶是空气中的微小悬浮颗粒，包括尘埃、烟雾、颗粒物等。
它们对大气环境、人类健康和气候变化等方面具有重要影响。
准确监测和研究气溶胶的浓度、成分、分布等参数对于了解大气环境变化和气候变化机制具有重要意义。
气溶胶激光雷达通过使用激光束探测大气中的气溶胶粒子，提供了一种高效、快速获取气溶胶相关参数的方法。
3. 原理介绍气溶胶激光雷达主要依靠激光与气溶胶粒子之间的相互作用原理来探测气溶胶。
激光束入射到大气中，与气溶胶粒子碰撞后，会发生散射和吸收。
通过测量气溶胶粒子对激光的散射和吸收程度，可以推断出气溶胶的浓度、粒径、光学性质等参数。
而气溶胶激光雷达标定则是通过与已知浓度和粒径的参考气溶胶粒子进行比对，校正激光雷达的探测能力和准确度。
4. 气溶胶激光雷达标定技术4.1 气溶胶模拟器标定气溶胶模拟器是一种专门用于模拟大气环境中各种气溶胶的仪器。
通过调节模拟器中的气溶胶样品，可以模拟不同浓度和粒径的气溶胶。
将气溶胶激光雷达与气溶胶模拟器相连，通过比对模拟器中气溶胶与激光雷达测量结果，可以标定激光雷达的响应和灵敏度。
4.2 气溶胶背景场标定气溶胶背景场标定是在已知的背景气溶胶条件下进行的标定方法。
通过选择气溶胶背景稳定、湍流弥散性较小的地点进行观测，并利用其他监测手段测量背景气溶胶的浓度和粒径，可以与激光雷达测量结果进行比对，从而标定激光雷达的测量能力。
4.3 气溶胶遥感标定气溶胶遥感标定是利用已知浓度和粒径的参考气溶胶数据进行标定的方法。
传统的标定方法主要通过地面监测站点获取气溶胶资料，然后根据气溶胶在大气中的输送和扩散规律，利用模型计算出某个或某一组给定条件下的气溶胶浓度分布。
大气边界层内生物气溶胶荧光激光雷达探测技术与实验研究
大气边界层内生物气溶胶荧光激光雷达探测技术与实验研究生物气溶胶作为大气气溶胶的一个重要组成部分,在大气中的传播、扩散会引发人类的急慢性疾病以及动植物疾病。
生物气溶胶还可以间接影响全球气候变化,并在大气化学和物理过程中有着潜在的影响。
大气生物气溶胶光学特性的实时探测技术,对于研究生物气溶胶在大气中的含量和时空分布模式,具有重要的学术意义与科学研究价值。
荧光激光雷达作为一种远距离主动遥感探测工具,为大气中存有潜在危害的生物气溶胶早期预警和快速检测提供有效研究方案。
本文针对大大气边界层内生物气溶胶的荧光激光雷达探测技术展开研究,根据大气生物气溶胶荧光光谱强度与相对含量之间的依存关系,研究了反演大气边界层内生物气溶胶浓度的关键技术,设计并研发了一套荧光激光雷达系统,并在西安城区上空对大气生物气溶胶展开连续和长期的实验研究,验证系统探测性能及可行性,获得大大气生物气溶胶荧光信号廊线,统计分析了大气边界层内生物气溶胶浓度与气溶胶消光之间的相关特性。
基于荧光激光雷达探测原理,通过数值仿真分析,研究了荧光激光雷达系统对大气生物气溶胶的有效探测距离,在误差小于1 0%范围内,评估了生物气溶胶最小探测浓度随距离变化情况,并进一步分析了系统器件参数、实验环境以及生物气溶胶粒子参数对荧光激光雷达系统的探测性能的影响。
在系统数值仿真的基础之上,通过增加荧光信号采集的累加次数,提升荧光激光雷达系统对大气生物气溶胶的有效识别距离和最小探测浓度。
研制了一台荧光激光雷达系统,对大气生物气溶胶荧光信号(310-440 nm)进行连续观测与研究,获得了西安城区上空边界层内生物气溶胶荧光信号的时空变化特征。
基于米散射激光雷达方程和荧光激光雷达方程,利用雷达系统采集到的米-瑞利散射回波信号,反演激发波长在大气中的消光系数,得到荧光波长在大气中的消光系数,对大气中的生物气溶胶浓度进行反演。
首次利用荧光激光雷达在西安地区上空进行大气生物气溶胶浓度的连续观测实验,通过THI图展示了大气底层生物气溶胶含量的空间分布随时间连续变化情况。
基于Mie散射苏州大气气溶胶的激光雷达探测
表 1 米散射激光雷达系统主要参数指标
Pa ram e te rs
V a lue s
图 1 米散射激光雷达系统结构图
Em itted parameters: L a se r Laser wavelength Pulse energy Pulse w idth Beam divergence Op tical efficiency
光学接收单元由望远镜和后继光路单元组成. 光学接收望远镜为 Schim idt Cassegrain型 ,抛物面的主镜 直径为 254 mm. 后继光路包括 F = 3. 3的目镜 、透镜 、滤光片. 窄带干涉滤光片 (2 nm )用于压低天空背景噪声 和环境噪声 ,从而获得较大的接收信噪比.
信号接收和数据采集单元包括探测器和数据采集卡. 探测器为采用单光子计数模式的硅雪崩光电二极
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 激光雷达的系统装置
激光雷达系统的收发结构如图 1,主要是由激光发射单元 ,光学接收单元 ,信号接收与数据采集单元四 部分组成. 激光雷达的激光发射单元包括二极管泵浦的 Nd: YVO4 锁模调 Q 固体激光器和扩束镜. 工作在基 模的激光器所发出的 1064 nm 的近红外光经过 40倍的扩束镜进行光斑扩束后射向大气中.
银川上空大气气溶胶光学特性激光雷达探测研究
文献 标 识 码 ： Ａ Ｄ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ｝７２ ０—５ ＯＩ ０ ３ ６／．ｓ ． ０００ ９ （０ ０ ０ —０ ６０ ｓ
中 图分 类 号 ： Ｎ９ ８ ９ Ｔ ５．８
１ 小型米散射激光雷达系统
激光雷达所接收到 的大气物质产生的后向散射信 号的光
对研究沙尘启 动、 送、沉降以及 该地 区的气候 及环境 等问 输
题 具 有 重要 的 意义 。
谱分 布，主要由气溶 胶和大 气分 子引起 的米一 瑞利 散射 光谱
（ ｅ ａ ｌｉ ｐｃｒ） Ｎ２ ０２ Ｍｉ Ｒ ｙｅ ｈｓｅｔ ， 和 － ｇ ａ 的转动 拉曼光谱 （ｏａｉ － ｒｔｔ ｎ ｏ ａ Ｒ ｍａ ｐ ｃｒ） ｌ ａ ｎｓ ｅｔａ 以及 Ｎ２ Ｏ２ Ｈ２ ， 和 ０等的振动拉曼 散射光
基金项目： 宁夏高等学校科学研究项 目（Ｏ ７ Ｙ Ｏ ） ２ Ｏ Ｊ Ｏ ６ 和国家 自 然科学基金项 目（ ０ ７ ０ ５资助 ４６５１）
作者简介：毛建东，１ ７ 年 生，北方民族大学 电气信息工程学 院副教授 ９５
＊ 讯 联 系 人 通 ｅｍａｌ ｄ ｎ ｘｎ ｕ ＠ ｘ ｕ． ｄ ．ｎ － ｉ ｅ ｇ ｉｈ ａ ａ ｔｅｕ ｃ ：
银 川上 空大 气气 溶胶 光 学特性 激光 雷 达探 测研 究
毛建 东 。 ，华灯鑫 ，何廷尧 ，王 鸣。
１ ．北方民族大学 电气信息工程学 院， 宁夏 银川 ７０ Nhomakorabea ５０ １
２ ．西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 ７ ０ ４ １０ ８
摘
要
小型米散射激光雷达是广泛使用的探测大气气 溶胶光学特性 的有效工具 。作者研 制 了一 台小 型米
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。
多波段拉曼激光雷达大气气溶胶光学参量的精细探测技术研究
多波段拉曼激光雷达大气气溶胶光学参量的精细探测技术研究气溶胶是影响地球环境气候以及大气辐射特性的重要物质,它的光学参量如消光系数、后向散射系数和雷达比对于分析大气中气溶胶的粒径大小、种类、微物理参。
量以及研究气溶胶的散射特性具有非常重要的意义。
拉曼激光雷达因其探测系统分光结构容易实现,并且不需假定雷达比即可得到光学参量的优点而被许多研究人员用于大气探测。
论文针对振动拉曼散射激光雷达探测技术展开研究,根据振动拉曼散射光谱特征,研究了紫外光和可见光波段的拉曼激光雷达探测技术。
根据振动拉曼激光雷达探测气溶胶的原理,研究了消光系数和后向散射系数反演算法。
利用模拟噪声信号分析了系统噪声对反演结果的影响,讨论了系统常数变化对后向散射系数和雷达比的影响。
提出了适用于低能见度探测的系统常数标定方法。
设计并搭建了355nm,387nm,532nm 607nm和1 064nm五个通道的多波段拉曼激光雷达实验系统,对分光系统的光学参数进行了测试,利用高空探测信号对实验系统的系统常数进行了标定,推导得出了在纯净天,轻度污染,重度污染等不同实验状态下的系统常数,并用于后向散射系数的反演;利用该激光雷达系统对西安上空的气溶胶开展了实验观测,根据拉曼反演方法得到了 355nm和532nm两个波长的气溶胶后向散射系数廓线、消光系数廓线、并进一步得到了雷达比廓线和色比廓线,同时利用Fernald法反演得到了1064nm的后向散射系数廓线。
将拉曼激光雷达和太阳光度计的雷达数据进行了比对分析,验证了拉曼探测方法的可靠性。
利用该激光雷达对不同气象条件(雾霾、有云天、晴天)下的气溶胶光学参量进行了探测,得到了不同情况下的光学参量变化特征。
对日间大气气溶胶光学参量进行了观测,得到了低空白天气溶胶的光学参量数据。
利用长时间探测得到的气溶胶散射信号,绘制了气溶胶后向散射系数颜色比的时间分布变化图,分析了不同污染情况下气溶胶变化过程。
《基于星载激光雷达数据的京津冀地区气溶胶垂直分布特征研究》范文
《基于星载激光雷达数据的京津冀地区气溶胶垂直分布特征研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，京津冀地区面临着严重的空气污染问题。
气溶胶作为大气污染的主要成分之一，其垂直分布特征对于理解污染成因、评估空气质量及制定有效的污染控制策略具有重要意义。
星载激光雷达（简称机载激光雷达）作为一种先进的大气遥感技术，具有高时空分辨率和垂直探测能力，为气溶胶垂直分布的研究提供了新的手段。
本文旨在利用星载激光雷达数据，对京津冀地区的气溶胶垂直分布特征进行研究。
二、研究区域与方法本研究区域为京津冀地区，包括北京、天津以及河北的多个城市。
研究方法主要采用星载激光雷达数据，结合地理信息系统（GIS）技术和数据处理软件，对气溶胶的垂直分布进行定量分析。
三、数据来源与处理本研究采用的数据主要来自星载激光雷达系统，该系统具有高精度、高分辨率的探测能力，能够获取大气中气溶胶的垂直分布信息。
数据预处理包括去除噪声、校正大气衰减和多重散射等影响。
在数据处理过程中，采用地理信息系统技术，对数据进行空间分析和可视化处理。
四、气溶胶垂直分布特征通过分析处理后的星载激光雷达数据，我们发现京津冀地区气溶胶的垂直分布具有以下特征：1. 垂直分布不均匀：气溶胶在垂直方向上的分布不均匀，呈现出明显的分层现象。
高层大气中气溶胶含量较低，而低层大气中气溶胶含量较高。
2. 季节变化明显：气溶胶的垂直分布随着季节的变化而发生变化。
在冬季，由于供暖等原因，气溶胶含量较高；而在夏季，由于降水等因素，气溶胶含量相对较低。
3. 城市与乡村差异显著：城市地区的气溶胶含量明显高于乡村地区。
在城市中心区域，由于大量的人为活动和工业排放，气溶胶含量较高；而在乡村地区，由于自然环境的影响，气溶胶含量相对较低。
五、结论与讨论本研究利用星载激光雷达数据，对京津冀地区的气溶胶垂直分布特征进行了研究。
研究发现，该地区气溶胶的垂直分布不均匀，且具有明显的季节变化和城乡差异。
激光雷达测气溶胶消光系数实验研究
激光雷达测气溶胶消光系数实验研究摘要：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展连续观测，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；MATLAB0 前言本文为米散射激光雷达测大气气溶胶消光系数的研究报告，包含激光雷达的原理、斜率法等内容。
大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体和〔或〕液体微粒，气溶胶的X围很广，如地面的扬尘、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉以与水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子，都属于气溶胶。
除了自然界自然产生的气溶胶粒子以外，人为排放到大气内的污染气体等也会最终形成为气溶胶粒子。
气溶胶粒子会直接和间接地影响着气候，通过吸收和散射太阳辐射以与地球的长波辐射而影响着地球和大气的辐射收支，凝结成核参与云的形成，从而影响到天气和气候的变化。
[1]另外，大气气溶胶的浓度变化还会直接影响到人们的健康和生存环境[2]。
激光雷达是一种主动的遥感探测工具，已有多年的历史，已广泛应用于激光大气传输、全球气候预测、气溶胶辐射效应与大气环境等研究领域[3]。
激光雷达探空方法是向大气中发射激光束〔微米波〕，利用大气中的气溶胶或大气分子为媒介，进展大气遥感探测。
由于激光的波长较短且脉冲的宽度窄，故可进展全大气层内的高精度与高时空分辨率探测。
数十年来，激光技术的不断开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极其控制技术的开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，是其他探测手段不能比拟的[4]。
1 研究目的与背景大气中，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。
气溶胶的激光雷达探测和特性分析的开题报告
气溶胶的激光雷达探测和特性分析的开题报告一、研究背景与意义气溶胶是指微米到亚微米级别的固、液或混合型小颗粒物，悬浮在大气中的物质。
它们是大气中的重要组成部分，对于大气化学反应、气候变化、能见度、环境监测等都具有重要的影响。
通过激光雷达技术对气溶胶进行探测和分析，可以为大气环境研究和污染治理提供重要的科学参考和支撑。
目前，激光雷达已经成为气溶胶测量和探测的重要手段。
激光雷达可以通过反射、散射和吸收等物理现象来测量大气中的气溶胶浓度、粒径分布、形态特征等参数。
另外，激光雷达具有非接触、快速、高分辨率等特点，有助于提高气溶胶测量的准确性和精度。
二、研究内容与方法本文将以激光雷达技术为核心，对气溶胶的探测和特性进行研究。
具体研究内容如下：1. 气溶胶的基本特性与分类：对气溶胶的组成、来源、生命周期等进行介绍和分类；2. 激光雷达测量气溶胶的原理与方法：对激光雷达的基本原理进行介绍，包括激光器、探测器、光路系统等；并对激光雷达测量气溶胶的方法进行分析，包括反射、无掩盖反射、散射、透射等；3. 激光雷达探测气溶胶浓度与粒径：根据激光雷达测量方法进行实验研究，探测大气中的气溶胶浓度、粒径分布等参数；4. 对气溶胶的空间分布进行分析：通过机载或地面激光雷达测量，分析气溶胶在水平、垂直分布上的变化趋势和规律；5. 探讨气溶胶与环境变化的关系：通过气象和环境监测资料，分析气溶胶与大气环境的关系，包括气溶胶的季节变化、空气质量、天气变化等。
三、预期成果本研究将通过对激光雷达技术在气溶胶探测上的应用，深入研究气溶胶的特性、浓度、粒径分布等参数。
预期取得以下成果：1. 掌握激光雷达技术在气溶胶探测上的原理和方法；2. 确定激光雷达探测气溶胶浓度、粒径分布等参数的可行性和有效性；3. 分析气溶胶在空间分布、季节变化等方面的规律和特征；4. 探讨气溶胶与大气环境的关系。
四、研究计划本研究将在一年时间里完成以下阶段：1. 第一阶段：文献调研，深入了解气溶胶的特性和激光雷达探测技术的原理和方法。
激光雷达在雾霾天气气溶胶光学特性探测中的应用研究
激光雷达在雾霾天气气溶胶光学特性探测中的应用研究摘要：雾霾天气是指大气中颗粒物浓度高、能见度低的一种气象现象，其主要成分是气溶胶粒子。
气溶胶粒子对大气光的散射和吸收作用影响着能见度、大气辐射传输、气候变化等。
因此，研究雾霾天气中气溶胶粒子的光学特性对于深入了解其成因、形成机制以及对环境和健康的影响具有重要意义。
近年来，全球范围内的雾霾污染日益严重，给人们的生活、健康和经济带来了严重的影响。
了解雾霾污染的程度和范围，掌握气溶胶粒子的光学特性对于制定有效的治理措施和改善空气质量至关重要。
随着大气光学模拟和遥感技术的不断发展，可以利用光学仪器和传感器对气溶胶粒子的光学特性进行监测和探测。
这些技术的发展为研究雾霾天气中气溶胶的光学特性提供了可靠的手段。
雾霾天气中的气溶胶粒子对人体健康和环境产生重要影响。
研究气溶胶光学特性可以揭示其与大气环境参数、气候变化、空气质量等因素之间的关系，为环境保护和健康风险评估提供科学依据。
综上所述，雾霾天气气溶胶光学特性的探测研究具有重要的科学意义和实际应用价值，对于深入了解雾霾污染的成因和机制，制定有效的治理措施以及保护环境和人类健康具有重要意义。
关键词：环境预测;雾霾天气;气溶胶;光学厚度反演;1 雾霾天气气溶胶光学特性探测的概述雾霾天气气溶胶光学特性的探测是指通过光学仪器和传感器对大气中的气溶胶粒子进行监测和分析，以了解其光学特性和组成成分。
这些光学特性包括气溶胶粒子的散射、吸收、透过等光学过程，以及粒径分布、光学密度等参数。
具体而言，雾霾天气气溶胶光学特性的探测主要包括以下几个方面，散射特性探测：通过测量气溶胶粒子对入射光的散射，可以了解气溶胶粒子的粒径大小和分布情况。
常用的技术包括激光颗粒物分析仪、激光多角度散射仪等。
吸收特性探测：通过测量气溶胶粒子对入射光的吸收，可以了解气溶胶粒子的化学组成和浓度。
常用的技术包括吸光度测量、多波段吸收光谱仪等。
透过特性探测：通过测量光线透过大气中的气溶胶层的变化，可以了解气溶胶粒子的浓度和分布情况。
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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。
因此，对大气气溶胶粒子的光学特性的探测研究一直是大气科学、气象探测和环境保护的一项重要任务。
近年来，中国经济的飞速发展已受到全世界的关注。
然而，这种快速的经济增长也伴随着社会体系的变革，高度的工业化和城市化造成许多气溶胶粒子和温室气体被排放到大气，带来了一系列的环境问题，对可持续发展有着严重的负面影响，同时对人们的日常生活和身体健康存在着严重的威胁。
如何获取环境变化的第一手资料，准确地提供大气物性及其变化
趋势，是当前环境测量领域的一项迫切任务。
激光雷达作为一种主动遥感探测工具，已广发用于大气气溶胶辐射效应、大气环境等研究领域。
在其探测高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有的独到优势，是其他探测手段不能比的。
利用激光雷达探测城区对流层气溶胶工作已在我国北京、合肥、苏州、西藏那曲等部分地区开展，然而环境监测的数据信息还远远不够，对我国的大气环境状况的评估需要大量的气溶胶监测数据的支撑。
如西部地区特殊的地理位置和气候条件及进来的高度的经济发展状况，造成大气中的气溶胶粒子含量较高，空气污染较为严重。
对西部地区上空开展气溶胶时空分布探测及其输送特性研究，一直是气象、环保部门所关注的研究课题。
特别是起源于我国北方地区频繁发生的沙尘暴事件已引起国内国际的关注，沙尘暴已成为一个重要的地球环境问题。
但地面探测仪如太阳光度计、粒子取样计等仪器还无法实现对气溶胶时空分布的剖面极其输送特性的实时探测，也很难实现长期观测。
而利用米散射激光雷达实际探测沙尘气候，判断沙尘的相对浓度分布，为利用激光雷达技术进一步研究沙尘的发生及输送规律等奠定基础。
2 气溶胶消光系数的反演算法
激光雷达接受的高度z处的大气后向散射回波信号能量P(z)由激光雷达方程决定：
P(z)=
式中错误!未找到引用源。
激光发射的功率，C为激光雷达系统常数，z为探测距离，和错误!未找到引用源。
分别为高度z处大气总的后向散射系数和消光系数。
在利用激光雷达信号反演大气消光系数的算法中，比较常用的有Klett法和Fernald 法，对一般大气环境，常采用Klett法反演大气消光系数。
Klett法中假设气溶胶后向散射系数错误!未找到引用源。
和消光系数错误!未找到引用源。
之间存在如下指数关系：
其中，B和k与激光雷达波长以及气溶胶粒子的性质和尺度谱分布有关，k的取值在
0.67-1.3之间，取k=1，令S=1/B，则有错误!未找到引用源。
=S,S称为激光雷达比，
这里假设S=40sr。
设激光雷达回波信号的距离平方修正函数为：
D(z)=P(z)
若事先已知某一边界值高度错误!未找到引用源。
则
错误!未找到引用源。
式中错误!未找到引用源。
分别为大气分子消光系数和后向散射系数。
上两式中，高度z处的大气分子消光系数和后向散射系数可以通过美国标准大气模型获得。
如果测量高度较高，可选取一段近乎不含气溶胶粒子的清洁大气层，在这段高度范围内，对激光雷达距离校正对数回波信号进行最小二乘拟合，根据Collis的斜率法可知，该回归曲线斜率的一半为大气分子的消光系数，从而得到大气分子的消光系数高度分布模型。
这种取值方法更加切合当时的大气状况，取其中某一高度作为边界值高度，此时边界值中就只含有大气分子的成分。
如果测量高度不够高，就选取一段较为均匀的大气层，对该高度范围内激光雷达距离校正对数回波信号进行最小二乘拟合，回归曲线斜率的一半即为高度处的边界值。
3 米散射激光雷达实验系统
米散射激光雷达实验系统构成示意图如图3，系统采用Nd：YAG脉冲激光器作为光源，为了提高白天测量的能力并考虑到入眼安全，选用其三次谐波波长355nm作为探测波长。
激光束经准直扩束后垂直射入大气，大气的后向散射光由视场角为0.1mrad、
直径为250mm的望远镜接收，并耦合进入多模光纤。
光纤输出信号经准直后入射到一块高光谱分辨率光栅（光栅刻划密度为2400gr/mm，谱分辨率为6pm），光栅衍射后的大气回波信号经过透镜聚焦，在焦平面上形成光谱分布，利用小孔光阑，分离出主要的大气回波信号（米散射和瑞利散射），同时剔除大部分太阳背景及非弹性散射信号，最后米散射和瑞利散射信号由光电倍增管监测。
这里，光栅、透镜和光阑组成了一个带宽为1nm的分光系统，光电倍增管探测到的散射信号再送入计算机进行数据处理与参数反演。
激光雷达系统参数示于图1。
图3 米散射激光雷达实验系统构成
4 实验方法、结果及讨论
测量可在无雨的夜晚中进行.整个测量分两个阶段进行.第一阶段激光雷达呈水平指向。
通过控制软件设定其距离分辨率为30m(可编程)，最大作用距离为15km(可变)，并指令探测器进行15min的回波信号采集，从而直接获取水平程的大气回波信息。
第二阶段，保持其他参数设置不变，旋转激光雷达扫描平台，调整其呈倾斜指向，用于获取斜程或垂直大气散射回波信号。
对于每一个次测量的原始数据，首先是应扣除天空背景光、接收电子仪器的暗电流和热噪声等产生的背景信号：其次，由于在过渡区内激光光束仅仅一部分在接收望远镜的视场内，故要对这部分激光光斑面积进行归一化的几何重叠因子修正，以保证回波信号的全部接收。
最后，依据Klett方法进行数据反演即可获得大气气溶胶垂直消光系数的廓线。
4.1 信噪比的改善
和其他光电探测技术一样,提高信号的信噪比对于激光雷达的探测灵敏度、可达的空间
跨度等十分重要,因此系统的整个设计都必须尽量达到最佳的匹配,譬如:高光学透过率的光路设计,高量子效率的光电探测器,合适带宽的滤波器等
在后续的探测光路中插入了带宽为2nm的窄带1064nm的滤光片,用于滤去背景杂散光,提高探测的信噪比。
5 总结
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。
总体实验流程操作并不复杂困难，易于实现，且具有一定的实用价值。
随着该项实验研究的继续深入以及将来观测数据的不断积累，该研究成果将大力有助于大气环境颗粒状气溶胶的发生、传输等时空特性，以及大气辐射和城市热岛等城市气息特征的产生机理、传输规律的研究，并为这些研究工作提供实时的科学数据支撑。