激光雷达在气象和大气环境监测中的应用
激光雷达在气象预警中的应用
激光雷达在气象预警中的应用近年来，激光雷达作为一种全新的观测工具，正在逐渐应用于气象预警领域。
激光雷达通过发射激光束，利用返回信号进行观测和测量，为预测恶劣天气提供了可靠的数据支持。
本文将从激光雷达的原理、气象预警的需求，以及激光雷达在气象预警中的应用等方面进行探讨。
首先，我们来了解一下激光雷达的工作原理。
激光雷达利用激光束的散射和反射特性，可以获取目标物体的距离、速度和形状等信息。
激光束被发射出去后，遇到天气中的水滴、冰雹等粒子会散射出很强的信号，通过接收和处理这些散射信号，可以分析出降水的强度、降雨类型等信息。
因此，激光雷达在气象预警中具有独特的优势。
气象预警是指通过气象观测和分析，提前预测和警报极端天气事件，以保障公众生命财产安全的一种措施。
而激光雷达作为一种精确而有效的观测工具，可以为气象预警提供更为准确和实时的数据支持。
在过去，由于传统的雷达只能观测低层的天气情况，对于高层天气、降雨类型等信息的观测能力相对较弱，因此对于灾害性天气事件的预警存在一定的滞后性。
而激光雷达则可以通过测量和分析高层的降水信息，更好地预测和预警恶劣天气的发生。
在气象预警中，激光雷达的应用主要有两个方面。
一是对于降水的观测和分析。
传统的雷达可以观测到降水的重力波和降水粒子的径向速度，但无法精确分辨降雪和降雨的类型。
而激光雷达可以通过测量降水粒子的特性，如形状、反射率等，来判断降水的类型，进而提供准确的降水类型信息。
这对于山区或高海拔地区来说尤为重要，因为在这些地区，降雪与降雨的转换往往会对交通运输和农业产生重大影响。
另一个方面是对大气污染物的监测。
激光雷达可以不仅可以观测到降水，还可以监测大气中悬浮微粒、颗粒物等污染物的浓度和分布情况。
通过对污染物的监测，可以及时预警和采取相应的措施，保护人们的健康和环境。
激光雷达在气象预警中的应用还有很多潜力待挖掘。
例如，可以利用激光雷达来观测和预警火灾的蔓延情况，及时做出应对措施。
激光雷达在大气环境监测中的应用
激光雷达在大气环境监测中的应用随着人类社会的不断发展，大气环境污染问题日益凸显，我们需要通过各种手段进行监测和治理。
而激光雷达便是一种非常重要的手段。
激光雷达可以通过激光束的反射来获取大气环境的各种信息，从而实现对大气环境的快速、准确的监测和评估。
本文将介绍激光雷达在大气环境监测中的应用。
一、激光雷达的基本原理激光雷达利用的是激光束在传播过程中被大气环境中的气体、气溶胶等粒子所散射的原理。
一般来说，激光雷达的发射器会向周围空气发射激光束，激光束会在空气分子、云雾、烟雾、颗粒等大气环境物质中产生多次反射和散射，同时会随着时间的推移和传播距离的增加而逐渐减弱和消失。
激光雷达接收器接收到激光束反射回来的光信号后，便能够根据其强度和时间信息，对大气环境的各种特性进行分析和评估。
二、激光雷达在空气污染监测中的应用1. 大气颗粒物浓度监测激光雷达能够对大气中的颗粒物进行实时检测，而且检测精度高、速度快。
激光雷达可以测量颗粒物的浓度、分布、形态等多个参数，粒径分布范围可以从几纳米到数毫米之间，对于大气污染的监测和评估非常有意义。
例如在城市大气环境污染监测中，可以利用激光雷达对大气重要污染物细颗粒物（PM2.5）的浓度进行实时检测，以判定空气质量是否达到标准和防范污染危害。
2. 大气物理参数监测激光雷达不仅可以检测颗粒物的浓度，其还可以对大气物理参数进行测量。
例如可以通过激光雷达对大气湍流、温度、湿度、风速、风向等参数进行探测，而且精度更高、时间分辨率更短，成为大气物理参数监测的重要手段。
3. 污染源监测利用激光雷达技术，我们可以对城市和大型工业区等区域的大气污染源进行监测。
例如对污染物排放口、烟囱等处进行扫描，利用反射激光辐射被污染物的信息，可以获得直观的污染来源地点和浓度分布信息，从而更好地掌握污染源信息，为治理提供科学依据。
三、激光雷达在应急污染事件监测中的应用中国地大物博，各种应急事件发生的几率不断升高。
颗粒物激光雷达
颗粒物激光雷达本文将介绍颗粒物激光雷达以及其在环境监测和大气科学中的应用。
颗粒物激光雷达（Particle ___ and Ranging，简称颗粒物LIDAR）是一种通过激光束与空气中悬浮的颗粒物相互作用来测量和分析气溶胶粒子浓度、分布和类型的先进技术。
它利用激光雷达技术和光学散射原理，通过测量颗粒物对激光光束的散射和吸收，可以获取颗粒物的尺寸、浓度和空间分布等信息。
颗粒物激光雷达在环境监测和大气科学领域具有广泛的应用。
在环境监测方面，颗粒物激光雷达可以用于监测空气质量，特别是PM2.5和PM10等细颗粒物的浓度和分布。
它可以实时监测空气中的颗粒物污染情况，为环保部门和公众提供准确的空气质量数据，帮助制定环境保护政策和采取相应的措施。
在大气科学方面，颗粒物激光雷达可以用于研究和预测气溶胶的演化过程和空间分布规律。
它可以监测大气中的颗粒物来源、传输路径和沉降速度，为大气环境模型的改进和大气污染防控提供科学依据。
颗粒物激光雷达具有高分辨率、高精度和实时监测等优点，因此在环境监测和大气科学领域得到了广泛应用和研究。
随着技术的不断发展和进步，颗粒物激光雷达将在未来的环境监测和大气科学研究中发挥更重要的作用。
颗粒物激光雷达是一种用于测量大气中颗粒物浓度和粒径分布的仪器。
它通过激光发射、散射和探测技术来实现颗粒物的检测。
激光发射激光发射是颗粒物激光雷达的基础步骤。
它利用激光器产生高强度、单色、狭窄带宽的激光束。
常用的激光器包括激光二极管、气体激光器等，它们能够提供足够的能量和稳定的输出。
散射散射是颗粒物激光雷达中的关键过程。
当激光束与大气中的颗粒物相互作用时，它们会散射部分光线。
散射强度与颗粒物的特性有关，如颗粒物的大小、形状和折射率等。
通过测量激光束散射的强度和方向，可以获取颗粒物的相关信息。
探测探测是颗粒物激光雷达的最后步骤。
通过接收被散射的激光信号，激光雷达可以分析信号的强度和时间延迟来确定颗粒物的位置、浓度和粒径分布。
大气环境遥感监测激光雷达产品技术浅析
大气环境遥感监测激光雷达产品技术浅析1. 激光雷达技术原理及优势激光雷达技术是利用激光束在大气中传播和散射的原理进行监测的。
激光光束发射后，会被空气颗粒、水汽和气体分子等大气成分所散射。
根据物理学原理，散射后的激光束在不同方向上的强度与大气中各种成分的分布有关联，因此可以从散射激光的回波中反演出大气成分的浓度和分布情况。
激光雷达技术具有高精度、高分辨率、实时性强、对大气各层次均有效等优点，可以实现对颗粒物、气态污染物、水汽、温度等大气参数进行准确监测。
此外，激光雷达监测可以利用被测物体的特征频率来实现目标的识别和反演，有效避免了对噪声的干扰和对其他激光雷达目标的误判问题。
2. 激光雷达在大气环境监测中的应用（1）大气颗粒物的监测激光雷达可以通过监测散射物里的颗粒物的分布和数量来实现大气颗粒污染物的监测。
利用激光雷达技术可以方便地实现对大气颗粒污染物的实时监测，并可以对各种颗粒物进行分类。
现在，激光雷达测量颗粒物浓度的单位可以达到每立方厘米数百个颗粒数，因此激光雷达监测技术在大气污染领域的监测和研究有着广泛的应用价值。
（2）水汽成分的监测水汽是大气重要的成分之一，对于了解天气现象和大气中的水文循环有着重要意义。
激光雷达可以通过利用水汽对激光的吸收特征来实现水汽的浓度监测。
激光雷达技术还可以实现对水汽的三维空间分布监测，从而提高了现有的气象监测手段的精度和覆盖范围。
与颗粒物不同，气态物质在大气中的分布和输运较为复杂。
激光雷达可以通过特殊的光学分析手段，实现对气态污染物的监测和分析。
例如，激光雷达可以检测到可燃气体的真空紫外的辐射光谱，从而实现对此类物质的监测。
3. 综合利用激光雷达和其他遥感技术在大气环境监测中，激光雷达技术虽然有着许多独特的优势，但也有着自身的局限性。
例如，激光雷达具有对空间分辨率较高但对时间分辨率较差等特点。
因此，与辐射监测、卫星遥感等其他遥感技术结合使用，可以实现全面、高效的大气污染物监测。
激光雷达在气象预报中的大气测量应用
激光雷达在气象预报中的大气测量应用随着科技的不断进步和发展，激光雷达在气象预报领域的应用已经成为一项重要的技术手段。
激光雷达通过发射一束激光束进入大气中，利用激光与空气中的水汽、尘埃等颗粒物之间的相互作用，可以对大气中的温度、湿度、风速和风向等参数进行高精度的测量。
这项技术的出现为气象预报提供了更精准、可靠的数据来源，并有望在未来推动气象预报技术的进一步发展。
首先，激光雷达在大气测量中的应用主要体现在温度和湿度的测量。
激光雷达可以通过测量大气中水汽分子的线宽来计算温度和湿度。
当激光束与水汽分子相互作用时，会导致激光的频率发生变化，通过测量这种频率变化，可以精确计算出大气中的温度和湿度分布情况。
这种方法相比传统的探空测量方式更加方便快捷，并且能够提供实时、连续的测量数据，为天气预报的准确性和时效性提供了重要的支持。
其次，激光雷达在大气测量中还可以用于测量风速和风向。
激光雷达发射的激光束会被大气中的颗粒物散射，散射方向和强度与风速和风向有关。
通过对散射信号的分析，可以准确测量出大气中的风速和风向分布情况。
这种方法相比传统的气象雷达具有测量范围广、分辨率高、灵敏度好等优势，可以提供更为精确、细致的风场信息，对于气象风险评估和灾害防范具有重要意义。
此外，激光雷达在大气测量中还可以应用于测量降水量和降水类型。
激光雷达发射的激光束可以穿过降雨云层，对云层中的降水微粒进行探测和测量。
通过对反射信号的分析，可以获得降水微粒的浓度、尺寸和类型等信息，进而估算出降水的强度和类型。
这种方法可以提供实时的降水监测和预警，为气象预报和灾害应对提供重要依据。
总之，激光雷达在气象预报中的大气测量应用具有重要的意义和潜力。
它可以提供更为准确、实时的大气物理参数测量数据，为气象预报的准确性和时效性提供了重要支持。
随着技术的不断进步和发展，相信激光雷达在气象预报领域的应用将会越来越广泛，并且为未来气象预报技术的发展带来更多的可能性。
激光雷达在气象观测中的应用
激光雷达在气象观测中的应用气象观测对于人们的日常生活、农业生产、航空航天、交通运输等众多领域都具有极其重要的意义。
随着科技的不断发展，各种先进的技术手段被引入气象观测领域，激光雷达就是其中之一。
激光雷达以其高精度、高分辨率和高时空覆盖率等特点，为气象观测带来了新的突破和发展。
激光雷达的工作原理基于激光的发射和接收。
它向大气中发射一束激光脉冲，当激光遇到大气中的粒子（如气溶胶、云滴、水汽等）时，会发生散射。
部分散射光被激光雷达接收系统捕获，并通过测量激光的飞行时间、强度和偏振等参数，来获取大气中粒子的分布、浓度、速度等信息。
在气象观测中，激光雷达的应用非常广泛。
其中一个重要的应用是对云的观测。
云在天气变化中起着关键作用，它们的形成、发展和消散直接影响着降水、温度等气象要素。
激光雷达可以精确地测量云的高度、厚度、云底和云顶的位置，以及云内粒子的大小和分布。
这对于天气预报模型的改进、人工影响天气作业的实施以及航空飞行的安全保障都具有重要意义。
激光雷达在气溶胶观测方面也发挥着重要作用。
气溶胶是指悬浮在大气中的固体和液体微粒，如灰尘、烟雾、花粉等。
它们不仅会影响大气的能见度，还会对气候变化产生影响。
通过激光雷达，我们可以监测气溶胶的浓度、分布和传输，了解其来源和去向，为大气污染防治和气候变化研究提供重要的数据支持。
此外，激光雷达还可以用于测量大气中的风速和风向。
传统的风速测量方法往往存在一定的局限性，而激光雷达可以通过测量大气中粒子的运动来获取风速和风向信息，具有更高的精度和时空分辨率。
这对于气象灾害的预警、风电场的选址和优化等都具有重要的应用价值。
在降水观测方面，激光雷达也能提供有价值的信息。
它可以区分不同类型的降水（如雨、雪、冰雹等），并测量降水粒子的大小和速度，从而帮助我们更好地了解降水的形成机制和演变过程。
激光雷达在气象观测中的优势是显而易见的。
首先，它具有很高的时空分辨率，可以在短时间内获取大量的观测数据，为气象研究和业务提供丰富的信息。
激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用
激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用激光雷达是一种能够测量目标距离和速度的高科技感测量设备。
在大气环境监测和气象研究中应用广泛，其测量精度极高，能够实现远距离非接触式测量目标的位置、尺寸、形态和运动状态，具有不可替代的优势，成为当今大气环境监测和气象科学研究中不可或缺的重要工具。
首先，激光雷达在大气环境监测中可以用来测量空气污染物的浓度和分布。
对于空气污染物的监测，激光雷达可以通过依据不同污染物的特定光谱或散射特性，快速、高精度地识别和测量各种污染物含量。
例如，二氧化氮、臭氧、二氧化硫等污染物的浓度分布图可以通过激光雷达获得。
这些数据可以用来更好地理解空气质量变化的动态和特异性，促进环保政策的制定和空气净化工作的开展。
其次，激光雷达在气象研究方面具有十分重要的应用。
通过激光雷达测量云层结构和降水现象等信息，可以深入了解大气运动和水循环过程。
对于稳定和不稳定的大气层结和风场的观测，激光雷达可以通过探测平流层和对流层的温度和湿度的垂直分布来提供信息，从而帮助研究者更好地理解大气层结的变化和天气现象的产生机理。
在这个过程中，多种类型的激光雷达，如飞行时间激光雷达、多普勒激光雷达、拉曼激光雷达等，起到不同的作用，形成了多学科、多技术的综合研究方法。
当然，激光雷达在大气环境监测和气象研究中还有很多其他的应用。
例如，它可以通过三维测量获得天然灾害的影像信息，如洪水、地震、山体滑坡等的灾害范围、地面高度等信息。
此外，激光雷达可用于全球气候变化的研究，通过测量植被和陆地表面的高程、温度等信息，更好地理解气候变化的影响。
这些应用不仅有望帮助人们更好地监测和预防自然灾害，还将成为促进气象环境监测和气象科学研究领域快速发展的驱动力。
《2024年利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》范文
《利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》篇一一、引言随着城市化进程的加速和工业化的快速发展，灰霾天气现象日益严重，对人类健康和生态环境造成了严重影响。
为了有效应对灰霾天气，了解其形成机制和变化规律显得尤为重要。
其中，大气边界层高度作为描述大气层结构的重要参数，对于研究灰霾天气的形成、扩散和消散具有关键意义。
本文将探讨利用激光雷达技术探测灰霾天气大气边界层高度的原理、方法及优势。
二、激光雷达探测原理激光雷达是一种基于激光技术的主动遥感探测设备，其工作原理是通过向大气发射激光脉冲，接收由大气中的颗粒物散射回来的光信号，从而获取大气的三维结构信息。
激光雷达可以实现对大气的远距离、高精度的探测，因此在气象、环保等领域得到了广泛应用。
三、灰霾天气与大气边界层高度灰霾天气是由大气中的颗粒物、气态污染物等共同作用形成的，其中大气边界层高度是影响灰霾天气形成和扩散的重要因素。
大气边界层是指大气中低层与地表之间的区域，其高度受到地表类型、气象条件等多种因素的影响。
在灰霾天气中，大气边界层内的颗粒物浓度较高，对人类健康和生态环境造成危害。
因此，了解灰霾天气下的大气边界层高度变化对于预测和防治灰霾天气具有重要意义。
四、利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的方法利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的方法主要包括以下几个步骤：1. 激光雷达设备选址与布设：选择合适的观测点，布设激光雷达设备，确保其能够覆盖目标区域。
2. 数据采集与处理：通过激光雷达设备向大气发射激光脉冲，接收散射回来的光信号，获取大气的三维结构信息。
对采集到的数据进行处理，提取出大气边界层高度的信息。
3. 大气边界层高度分析：根据处理后的数据，分析灰霾天气下大气边界层高度的变化规律。
结合气象数据和地表类型等信息，进一步分析大气边界层高度的影响因素。
4. 结果输出与应用：将分析结果以图表或报告的形式输出，为预测和防治灰霾天气提供科学依据。
同时，将激光雷达探测技术与其他遥感技术相结合，实现多源数据的融合分析，提高灰霾天气的监测和预报精度。
激光雷达技术及其在大气环境监测中的应用
激光雷达技术及其在大气环境监测中的应用(1.内蒙古大气探测技术保障中心，内蒙古呼和浩特 010051；2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古呼和浩特 010018)依据激光雷达工作原理的不同，可以把当前探测大气的激光雷达分为Mie散射激光雷达、Rayleigh散射激光雷达、Raman散射激光雷达、差分汲取激光雷达和共振荧光激光雷达等若干种类。
其中Mie散射激光雷达主要用于探测30km以下低空大气中气溶胶和云雾的辐射特性，Rayleigh散射激光雷达主要用于探测30km～70km高空的大气密度和温度分布，Raman散射激光雷达一般则用于对大气温度、湿度以及一些污染物的测量，差分汲取激光雷达一般用于测量大气中臭氧以及其他微量气体，其测量精度比Raman散射激光雷达高出约3个数量级，共振荧光激光雷达一般用于对80km～110km高空的一些金属原子的测量，比方钠原子。
2 激光雷达在大气环境监测中的应用2.1 气溶胶和云的探测气溶胶是指液体或固体微粒匀称散布在大气中形成的相对稳定的悬浮体系。
它在大气中的含量虽然很低，却扮演着十分重要的角色。
大气中的气溶胶粒子既可以通过汲取和散射太阳辐射来直接扰动地——气系统的辐射平衡，产生所谓的直接气候效应，这种影响与其本身粒子的化学成分、粒子谱分布和粒子样子有关。
同时，它又可以作为云的凝聚核影响云的光学特性、云量以及云的寿命，产生所谓的间接气候效应〔即太阳反射效应和红外温室效应〕。
这两种不确定性效应对局地、区域乃至全球的气候都会产生重要的影响。
因此，精确地了解大气气溶胶的物理、化学特性及其时、空平均分布具有十分重要的意义。
用于探测大气气溶胶和云的激光雷达技术主要是米散射探测技术，使用这种技术的激光雷达被称为米散射激光雷达。
Mie散射的特点是散射粒子的尺寸与入射激光波长相近或比入射激光波长更大，其散射光波长和入射光相同，散射过程中没有光能量的交换，是弹性散射。
相对其他的光散射机制而言，Mie散射的散射截面最高，因此Mie散射激光雷达的回波信号通常较强。
激光雷达在大气探测中的应用浅析
激光雷达在大气探测中的应用浅析摘要:激光雷达具有波束定向性强、探测波长短、能量密度高等特点,在大气探测中能够发挥空间分辨率高、探测灵敏度高等优点。
文章分析了激光雷达大气探测的基本原理,介绍了激光雷达的类型,探讨了激光雷达在大气探测中的具体应用,并提出一些观点以供参考。
关键词:激光雷达大气探测散射激光具有方向性、单色性、相干性、高亮度、高能量、高功能等特点。
激光雷达充分利用了激光的性能,将微弱信号探测技术、光学技术、激光技术集于一体,是一种先进的光学探测手段。
近年来,激光雷达广泛应用于陆地、海洋、大气高精度遥感探测中。
在大气探测中,激光雷达主要用于探测污染环境气体、大气成分、大气密度、大气温度等。
1 激光雷达大气探测的基本原理激光雷达的工作原理和普通雷达的工作原理相似,发射系统发出信号、接受系统收集、处理该信号和目标作用后的返回信号,从而获得工作需要的信息。
然而不同点在于,普通雷达所发射的信号是毫米波,而激光雷达所发射的信号是激光束,激光束的波长比毫米波的波长短。
普通的无线电雷达因为波长过长,所以难以探测微粒型或小型目标;而激光雷达的激光波长可以控制在微米量级,所以激光雷达能够较好地探测微粒型或小型目标。
激光雷达在大气探测中的应用的基础为大气中的气溶胶粒子、分子、原子和光辐射之间的相互作用。
主要的物理过程表现为米散射、瑞利散射、拉曼散射、荧光散射以及共振色散等。
米散射是由和激光波长相当的气溶胶粒子所引发的散射现象,其入射激光波长和散射谱的中心波长相同,入射激光谱宽和散射谱的谱宽接近。
米散射可以用于探测大气气溶胶。
瑞利散射是由小于激光波长的散射体粒子的原子或分子所引发的散射现象,其入射激光波长也和散射谱的中心波长相同,大气温度变化影响着入射激光谱宽。
瑞利散射可以用于测量大气分子密度、大气温度等参赛。
拉曼散射一般可以分为振动拉曼散射和转动拉曼散射,是由大气原子或分子所引发的一种非弹性散射,在各种散射机理中拉曼散射的散射截面最小,需要高效率的检测和分光系统,由于拉曼散射的散射机理较为特殊,可以用于大气成分、大气温度、水蒸气密度的探测。
激光雷达技术在大气环境监测中的应用
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。
激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用
激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用摘要：伴随着全球环境日益严峻，大气环境监测的重要性日趋凸显。
同时气象研究也事关民生，不可忽视。
随着信息科学技术的快速发展，气象探测工作的精准度也在不断提升，众多先进的气象监测设备和技术投入到气象研究工作中来。
其中激光雷达作为一种新型的遥感监测技术，能够实现更高的空间分辨率和测量精度，在大气环境监测中发挥着越来越重要的作用。
因此文章重点就激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用展开相关分析。
关键词：激光雷达；大气环境监测；气象研究；应用伴随着我国社会经济的平稳发展，气象服务为各个行业带来了极大的便捷。
气象服务可以借助天气预报、气象分析以及气象监测等手段，为科学研究提供理论支撑，同时亦可以为农牧鱼业以及国防建设等提供充足的数据参考。
于是气象监测设备的大力投入也使得我国的气象服务体系系统愈发完善，能够全面提升气象监测的时效性和精准度。
在众多气象监测设备中，激光雷达技术有着其无与伦比的优势，正日益得到更为广泛的应用。
1激光雷达技术特点相较于传统的雷达技术，激光雷达技术的技术特点更优，具体表现如下：第一，激光雷达数据密度大，测量精度高。
由于激光雷达的激光光束相对较窄，能够依据实际情况，多次进行勘测，以此获取更多的基础数据。
同时激光波长也相对较短，探测的频率相对较高，致使激光雷达的测量精度较高。
第二，主动探测。
激光雷达探测不受光源影响，且不会受到时间、太阳高度以及地物阴影的扰动，能够获取较为全面的全地形数据，且可以确保获取数据的精准性。
第三，隐蔽性和安全性强。
激光雷达产生的激光波束相对较窄，传播方向也较好，口径相对较小，只可以接收指定区域的回波。
第四，作业过程便捷。
由于激光雷达发射器的总重量较小，仅需要较小的安装空间即可使用。
2激光雷达在大气环境监测和气象研究中的具体应用2.1气溶胶及边界层探测根据以往的经验可知，气溶胶的直接影响是它们吸收和散射太阳辐射，从而影响全球气候变化。
激光雷达在气象与灾害防范中的作用
激光雷达在气象与灾害防范中的作用近年来，随着科技的发展，激光雷达成为气象和灾害防范领域的重要工具。
激光雷达利用激光技术进行精确测量，可以在灾害发生前提前预警，为人们的生命和财产安全提供重要保障。
本文将重点探讨激光雷达在气象与灾害防范中的作用。
首先，激光雷达在气象领域发挥着重要作用。
通过测量激光的回波，激光雷达能够准确获取大气中的云状物体的位置、高度和速度等信息，从而实现对气象现象的监测。
这对于气象预报和研究具有重要意义。
例如，激光雷达可以帮助气象学家研究和预测暴雨、冰雹和龙卷风等极端天气事件。
通过分析激光雷达获取的数据，气象学家们可以更准确地判断天气发展趋势，及时发出预警，从而减少对大众的影响。
其次，激光雷达在灾害防范中的应用也十分广泛。
例如，在地质灾害预警中，激光雷达可以通过扫描地表的形状和变化，检测地质灾害的风险。
激光雷达可以实时监测山体滑坡、地震后的地表变形等情况，提供数据支持，帮助防灾部门及时采取措施，减少灾害造成的损失。
另外，在海洋灾害防范中，激光雷达可监测海浪的高度和波动情况，为海上航行和渡船运营提供重要的参考和安全保障。
此外，激光雷达还可以应用于城市规划和交通管理等领域。
例如，在城市规划中，激光雷达可以快速获取城市地貌和建筑物的三维信息，为城市规划者提供宝贵的数据。
同时，激光雷达技术还可以应用于交通管理中的车辆检测和道路监控。
通过激光雷达扫描车辆的速度和位置等信息，交通管理部门可以实现实时监测和交通流量控制，提高交通效率和安全性。
然而，激光雷达在气象与灾害防范中的应用也面临一些挑战。
首先，激光雷达的成本较高，对于一些贫困地区和发展中国家来说，其应用受到限制。
其次，激光雷达的数据分析和处理需要专业的技术人员和高性能计算设备，这也增加了应用的复杂性和成本。
此外，激光雷达在复杂环境下的性能仍有待提高，例如，在大范围的云层和降雨情况下，激光雷达的探测效果可能会有所降低。
综上所述，激光雷达在气象与灾害防范中发挥着重要作用。
激光雷达在大气环境监测中的应用
激光雷达在大气环境监测中的应用鲁岸立sc12002044摘要：本文介绍了RAMAN激光雷达、多普勒激光雷达、MIE激光雷达的工作原理。
并讨论了它们在气象和环境监测中的应用。
1.RAMAN激光雷达RAMAN散射是激光与大气中各种分子之间的一种非弹性相互作用过程，散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或短波方向的移动。
散射光频率的改变v~因入r射光和受作用的分子不同而异。
分析该散射光的频率和强度的光谱图可以得到大气分子的相关信息,所以Raman 散射激光雷达可以用来测量环境中某种污染气体的浓度分布,接收系统用的是光谱分析仪,以便接收污染分子散射的不同Raman 散射波长的回波信号。
图1 RAMAN激光雷达结构原理图图2 典型的污染物分子相对于激光频率的振动-转动拉曼散射频率变化在实验中用RAMAN激光雷达测量了羽油烟和机动车尾气的组成成分。
RAMAN激光雷达使用的是波长337.1nm的激光作为探测光。
首先给出正常大气气体的拉曼后向散射及频率不变成分包括瑞利及米散射成分的光谱图。
图3 正常大气气体的拉曼后向散射及频率不变成分包括瑞利及米散射成分的光谱图图3中每个箭头对应一特定分子的拉曼散射线的中心波长。
正常大气中的主要成分包括N2,O2,水汽分子，CO2在光谱图中可以方便的检测出来。
在得到正常大气气体的光谱图之后，用激光雷达337.1nm波长激光分析羽油烟气体和机动车尾气中各种成分的拉曼频移，从而得出羽油烟气体具体组成。
图4 羽油烟气体中各组分分子的拉曼光谱图图5 机动车尾气中各组分分子的拉曼光谱图由探测结果可以看出，羽油烟气体和机动车尾气中除了包括N2,O2,水汽分子，CO2还探测到了SO2,CO,H2S等有害气体。
RAMAN激光雷达不仅可以检测分析污染气体成分，还可以进行气溶胶探测。
中科院安徽光机所在原有的一台Mie散射激光雷达的基础上，增加了一个Raman 通道，从而可以接受空气分子（如N 2分子）的RAMAN 散射回波信号。
《2024年利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》范文
《利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，灰霾天气已经成为许多大中城市面临的重要环境问题。
准确探测大气边界层高度对于研究灰霾天气的形成机制、预测预警及环境保护具有重要意义。
传统的气象探测手段如无线电探空仪、探空气球等虽然可获得大气垂直结构的部分信息，但在灰霾天气下探测效果并不理想。
近年来，激光雷达技术的快速发展为灰霾天气的探测提供了新的途径。
本文旨在探讨利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的原理、方法及其实践应用。
二、激光雷达探测原理激光雷达是一种利用激光束对大气进行探测的遥感技术。
其基本原理是向大气发射激光脉冲，通过接收大气中颗粒物散射或反射的回波信号，分析回波信号的强度、速度和方向等信息，从而得到大气的物理参数和结构信息。
在灰霾天气下，激光雷达可以有效地探测到大气中的颗粒物分布和浓度变化，进而推算出大气边界层高度。
三、激光雷达探测方法1. 选址与设备选择：选择合适的观测地点，确保无遮挡物影响激光雷达的观测。
选择具有较高性能的激光雷达设备，如具有高分辨率、高灵敏度、高稳定性等特点的设备。
2. 数据采集：设置激光雷达设备的参数，如发射功率、扫描频率等，确保设备正常运行。
开始采集数据，包括回波信号的强度、速度和方向等信息。
3. 数据处理与分析：对采集的数据进行处理和分析，包括去除噪声、提取有效信号、计算大气消光系数等。
根据大气消光系数与高度的关系，推算出大气边界层高度。
4. 结果验证：将激光雷达探测结果与其它气象探测手段的结果进行对比验证，确保结果的准确性和可靠性。
四、实践应用在灰霾天气下，利用激光雷达探测大气边界层高度具有较高的实用价值。
首先，可以实时监测灰霾天气的变化过程，为预测预警提供依据。
其次，可以分析灰霾天气的形成机制和影响因素，为环境保护提供科学依据。
此外，激光雷达还可以用于城市规划、交通管理等领域，为城市可持续发展提供支持。
五、结论利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度是一种有效的手段。
激光雷达技术在环境监测中的应用
激光雷达技术在环境监测中的应用随着科技的不断发展，激光雷达技术在各个领域被广泛应用，其中一个重要的应用领域就是环境监测。
激光雷达技术通过发射激光束并接收反射回来的信号，能够实时高精度地获取环境中的各种信息。
下面将给大家详细介绍激光雷达技术在环境监测中的应用。
首先，激光雷达技术在空气质量监测中起着重要作用。
空气质量是环境监测的重要指标，而激光雷达能够通过测量空气中的微小颗粒物浓度来判断空气质量的好坏。
传统的空气质量监测方法需要安装大量传感器，而激光雷达技术通过只安装一个设备，就能够实时高效地测量整个区域的空气质量，并且能够快速发现和定位空气污染源。
这对于加强空气质量监测和及时采取相应措施具有重要意义。
其次，激光雷达技术在水污染监测中也具有广阔的应用前景。
传统的水质监测方法需要人工采样和分析，费时费力，并且只能获得局部信息。
而激光雷达技术可以通过测量水体中溶解物质、浮游植物和悬浮颗粒物的浓度和分布情况，实现对整个水体的快速全面监测。
通过激光雷达技术，可以及时发现水体中的异常情况，例如污染源入侵或者水体生态系统的异常变化，为水资源的保护和管理提供科学依据。
此外，激光雷达技术在土壤污染监测和地下水资源管理方面也发挥着重要作用。
通过激光雷达技术，可以实时探测地下土层的密度、厚度和含水量，进而推断土壤污染物的浓度和分布情况。
这对于及时发现和处置土壤污染具有重要意义。
另外，激光雷达技术还可以被应用于地下水资源管理中，通过测量地下水位、水质和水体渗漏等指标，帮助决策者更好地管理地下水资源，维护生态平衡。
最后，激光雷达技术还可以在气候环境监测中发挥作用。
激光雷达技术可以测量大气中的水汽含量、云的分布和浓度，从而为气象预报和防灾减灾提供数据支持。
此外，激光雷达技术还可以用于火灾监测和风险评估，通过探测火灾烟雾和风向风速等信息，提供全面的火灾监测和防控支持。
综上所述，激光雷达技术在环境监测中的应用前景广阔。
通过激光雷达技术，可以实时高效地获得各种环境参数，为环境保护和资源管理提供科学依据。
利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度
利用激光雷达探测阴霾天气大气边界层高度引言阴霾天气是指由大气中悬浮颗粒物和气体混合物组成的气象现象，对人类的健康和环境产生了严峻影响。
而大气边界层高度的准确测量是阴霾天气预报和治理的基础。
传统的测量手段受制于地面气象站点的局限性，无法遮盖宽广的区域。
然而，激光雷达技术的出现为我们提供了一种新的解决方案。
本文将重点谈论的原理、方法和应用。
一、激光雷达技术简介激光雷达是一种利用激光束与大气中的物质互相作用原理来测量目标距离和属性的光电设备。
它具有高区分率、长探测距离、快速响应等特点，被广泛应用于气象、遥感、环境监测等领域。
其中，利用激光雷达测量大气边界层高度已成为一种常见的方法。
二、大气边界层高度的观点与意义大气边界层是大气圈中与地表直接接触的一层，其高度通常在几百米到几千米之间。
边界层的高度决定了污染物的扩散和滞留，阴霾天气的生成和扩散与大气边界层高度干系密切。
因此，准确测量大气边界层高度对于阴霾天气预报和治理至关重要。
三、利用激光雷达测量大气边界层高度的原理利用激光雷达测量大气边界层高度的原理基于激光束在大气中的散射与吸纳过程。
激光束经过大气层时，会与颗粒物和气体分子互相作用，散射出来的光线会被接收器接收，并进行信号处理。
通过分析接收到的散射信号，可以确定大气边界层的高度位置。
四、利用激光雷达测量大气边界层高度的方法1. 激光光谱分析法：通过对接收到的散射光信号进行频谱分析，利用相应的模型计算并确定大气边界层的高度。
2. 激光飞行时间法：通过测量激光束在大气中传播所需的时间，推算出大气边界层的高度。
3. 激光散射法：通过对接收到的散射光信号进行强度、相位等特性的分析，来确定大气边界层的高度位置。
五、利用激光雷达测量大气边界层高度的应用1. 阴霾天气预报：通过实时监测大气边界层高度的变化，可以提前预警阴霾天气，援助人们做好控制污染物排放，缩减空气污染的措施。
2. 阴霾治理：通过监测大气边界层高度，可以确定阴霾形成和传播的机理，为制定有效的阴霾治理政策提供科学依据。
气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用
气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用杜 娟1，宋鹏程2（1. 西南科技大学城市学院，四川 绵阳 621010；2. 四川省绵阳生态环境监测中心站，四川 绵阳 621010）摘 要： 文章基于不同城市环境空气质量变化特征分析，对气溶胶激光雷达在大气边界层高度测定、重污染天气、烟花爆竹燃放和沙尘天气高空中气溶胶粒子特性及垂直时空演变等应用结果进行了分析。
结果表明，气溶胶激光雷达能进行垂直/走航扫描、水平扫描、剖面扫描和锥形扫描，对垂直高空大气分析效果较好，消光系数、退偏振比能较好的表征其粒子特性。
另外，激光雷达走航车可随时移动监测，在颗粒物污染溯源方面优势显著，但气溶胶激光雷达分析结果较为单一，为了更准确地说明大气污染过程，需结合光化学分析超级站数据进行综合分析。
关键词： 气溶胶激光雷达；颗粒物；大气环境监测；车载激光雷达中图分类号： X87; X831文献标志码： A DOI ：10.16803/ki.issn.1004 − 6216.2021.02.019Application of aerosol lidar in atmospheric environment monitoringDU Juan 1，SONG Pengcheng 2（1. City College, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China ；2. Sichuan Mianyang Ecological Environment Monitoring Central station, Mianyang 621010, China ）Abstract ： Based on the analysis of the characteristics of air quality changes in different cities, the article analyzes the application of the aerosol lidar in the atmospheric boundary layer height measurement, and also analyzes the aerosol particle characteristics and the vertical spatial-temporal evolution in the heavy pollution weathers, fireworks and firecrackers, and dust weathers. The results show that the aerosol lidar can perform a vertical/walk scanning, a horizontal scanning, a section scanning and a cone scanning. The analysis results of the vertical high altitude atmosphere are better, and the extinction coefficient and depolarization ratio can characterize the particle characteristics as well. In addition, the lidar navigation vehicle can be monitored on the move at any time, which has significant advantages in the traceability of particulate pollution. However, the aerosol lidar analysis result is relatively single. In order to give a more accurately explaination on the air pollution process, it is necessary to combine the data from the photochemical analysis super stations for a comprehensive analysis.Keywords ： aerosol lidar ；particulate matter ；atmospheric environment monitoring ；mobile vehicle lidar CLC number ： X87; X831随着我国大气污染防治形势的深入推进，环境空气质量持续好转，细颗粒物（PM 2.5）逐年下降。
多普勒激光雷达与大气探测
多普勒激光雷达与大气探测多普勒激光雷达（Doppler lidar）是一种利用激光光束探测物体运动状态的仪器。
它的应用范围很广，包括气象、环境、动力学等领域。
其中，在大气探测中，多普勒激光雷达具有非常重要的作用。
本文将详细介绍多普勒激光雷达在大气探测中的原理、应用及未来发展方向。
一、多普勒激光雷达原理多普勒激光雷达的原理是利用激光束发射出去，并经由被探测物体反射回来的光信号，通过测量反射回来的信号的频率偏移来确定物体运动速度。
当被探测物体向多普勒激光雷达发射器运动时，反射回来的光波的频率增加；当被探测物体与多普勒激光雷达发射器远离时，反射回来的光波的频率减少。
通过测量这种频率偏移，可以确定物体运动状态。
二、多普勒激光雷达在大气探测中的应用在大气探测中，多普勒激光雷达主要用于探测空中气体的运动状态。
根据多普勒效应原理，当激光束与空气分子相互作用时，会发生反射和散射。
通过探测反射和散射光波的频率偏移，可以确定空气分子的运动状态，包括速度、方向和时间等信息。
多普勒激光雷达在大气探测中的应用包括下列几个方面：1.气象学在气象学中，多普勒激光雷达被用于探测天空中的水滴、冰晶、降雪以及风向、风速等信息。
通过探测气体运动状态的变化，可以实现温度、湿度、气压等气象因素的实时测量。
多普勒激光雷达还可用于雷暴监测，通过探测云中闪电发生的时间和地点，可以及时预警雷电等灾害性天气。
2.卫星遥感多普勒激光雷达也可用于卫星遥感，通过对大气运动状态的探测，可以获取大气折射率数据，进而提取出高程、材质如何和建筑等信息。
3.环境监测多普勒激光雷达还可用于环境监测，比如监测空气中的颗粒物、沙尘和烟雾等。
通过多普勒激光雷达探测到的反射光信号，可以确定颗粒物的速度和分布，从而实现大气污染和气溶胶浓度等数据的实时监测。
三、未来多普勒激光雷达的发展方向随着科技的发展，多普勒激光雷达也在不断地加强技术创新，未来的发展方向主要有以下几个：1.提高探测精度当前多普勒激光雷达的精度还有一定的提升空间。
城市空气质量激光雷达在大气污染监测与治理中的应用
城市空气质量激光雷达在大气污染监测与治理中的应用随着城市化的快速发展，城市空气质量成为人们关注的热点问题之一。
大气污染对人体健康和环境造成了巨大影响，因此，如何监测和治理城市的大气污染成为了一项紧迫的任务。
在这个背景下，城市空气质量激光雷达逐渐成为了大气污染监测与治理的重要工具。
城市空气质量激光雷达是一种基于激光技术的高精度仪器，可以通过测量空气中微小颗粒物的浓度和分布情况来评估空气质量。
它采用激光束透过空气中的微小颗粒物，通过测量激光在颗粒物中的散射、吸收等信息，进而获得颗粒物的浓度和尺寸分布。
激光雷达在大气污染监测中的优势在于它能够实时高精度地获取大范围内的颗粒物数据，且对不同类型的颗粒物具有较好的分辨能力。
首先，城市空气质量激光雷达可以广泛应用于大气颗粒物的监测。
颗粒物是大气污染的重要组成部分，不同尺寸的颗粒物对人体健康和环境影响差异很大。
利用激光雷达可以实时监测不同尺寸范围内的颗粒物浓度和分布情况，从而更加全面地了解大气中颗粒物的来源和演化过程。
这有助于科学家和政府制定出更精准的大气污染控制措施。
其次，城市空气质量激光雷达在大气污染治理中发挥了重要作用。
通过实时监测颗粒物的浓度和分布情况，可以及时掌握城市的空气质量状况。
当出现大气污染事件时，激光雷达可以帮助政府和相关部门迅速采取应对措施，减少对居民和环境的不利影响。
例如，在雾霾天气中，激光雷达可以精确测量PM2.5的浓度，为政府制定相应的空气污染防治措施提供科学依据。
此外，城市空气质量激光雷达还可以用于大气污染的源解析。
颗粒物的化学组成和来源与其对人体健康和环境的影响密切相关。
通过分析不同颗粒物的散射和吸收特性，激光雷达可以识别不同来源的颗粒物，如工业排放、交通尾气等。
这有助于科学家和政府了解不同污染源对大气质量的贡献，从而有针对性地制定相应的治理策略。
然而，城市空气质量激光雷达也存在一些挑战和限制。
首先，由于激光束的限制，在城市复杂的建筑物和地形条件下，激光雷达的测量结果可能受到干扰。
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摘 要 :论述了激光雷达的结构 、分类以及不同种类激光雷达的工作原理 。跟踪激光雷达最新发展和应用 ,根据探测物质
的不同 ,分别讨论了激光雷达在探测气溶胶 、云 、边界层 、温度 、能见度 、风 、大气成分 、水汽和钠层方面的应用 ,综述了目前国外
星载激光雷达的发展和新的应用动态 。进一步讨论了在激光雷达探测中存在的问题和今后的发展趋势 ,认为激光雷达将向多
发射波长相近的两束激光波长 ,其中一个波长正处
于探测气体
的吸
收
线
上
,
记
为
λ on
,
它
被
待
测
气
体
较
强烈吸收 ,另一波长处于待测气体的吸收线的边翼
上或吸收线外
,记为
λ off
,待测气体对它吸收很小或
没有吸收 。由于这两束激光波长相近 ,其他气体分
子和气溶胶对于这两个波长的消光一般情况下基本
相同可以忽略 。两束激光的回波强度的差异只是由
在 30 km 以上中间层大气密度 、大气波动现象及高 层大气气温进行探测 ,当激光光束比粒子半径大得 多时所产生的散射称为瑞利散射 。瑞利散射也是弹
信号接收和采集以及控制三大部分 。激光束与大气 物质相互作用而产生回波信号是大气探测激光雷达 进行大气探测的关键 。激光雷达探测大气环境的工 作原理 :激光器发射的激光通过与大气中的气溶胶
天 、通信 、导航和定位等高新技术领域 。特别是在大 相近或比入射波长更大 ,其散射光波长和入射光相
气环境监测 、气象要素测量等方面显示了其独特的 同 ,散射过程中没有光能量的交换 ,是弹性散射 。瑞
优势和突出的发展前景 。
利 (Rayleigh)激光雷达是利用瑞利散射机制对高度
2 激光雷达的结构和分类 激光雷达系统从整体上可分为激光发射 、回波
性散射 ,在 30 km 以上的大气回波主要是分子瑞利 散射 ,可以忽略气溶胶粒子的米散射信号 ;拉曼 ( Ra2 m an)散射激光雷达根据同时接收的水汽和氮气分子 对激光的 Raman后向散射回波信号获得水汽混合比
及各种大气成分的作用而产生后向散射信号 。对探 的垂直分布 ,拉曼散射是激光与大气中各种分子之
和研究 。同时也可以对其他几种原子和离子进行类
似的探测和研究 ,原子等在吸收入射光后再发射的
光称为荧光 。在共振荧光过程中 ,荧光波长与入射
光波长相等 。由于共振荧光截面比瑞利散射截面大
得多 ,可以利用某些特定的激光波长下原子或分子
发生共振荧光增强的现象来实现辨认大气组分的探
测。
3 激光雷达的应用和发展
第 25卷 第 5期 2009年 10月
气象与环境学报
JOU RNAL O F M ETEO ROLO G Y AND ENV IRONM EN T
V o l. 25 N o. 5 O c tobe r 2009
激光雷达在气象和大气环境监测中的应用
尹青 1, 2, 3 何金海 1 张华 2
(11南京信息工程大学江苏省气象灾害重点实验室 ,江苏 南京 210044; 21中国气象局气候研究开放实验室 , 国家气候中心 ,北京 100081; 31北京军区空军气象中心 ,北京 100061)
1 引言
激光雷达是一种主动式现代光学遥感设备 ,它 是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物 ,它 以激光为光源 ,通过探测激光与目标物相互作用而
具有代表性的是 CO2 激光雷达 ,它工作在红外波段 , 大气传输衰减小 ,探测距离远 ,已经在大气风场和环 境监测方面发挥了很大作用 。半导体激光雷达具有 价格低 、尺寸小和驱动简单的优点 ,可以用于测量云 底高度等 。而固体激光雷达则主要被应用于探测
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第 5期
尹青等 :激光雷达在气象和大气环境监测中的应用
49
al Absorp tion)激光雷达探测时向大气中的同一光路
国外开展激光雷达探测大气工作比较早 ,目前 已建立了很多激光雷达观测站 。激光雷达在国内的 研究和应用也很迅速 ,早在 20 世纪 60—70 年代 ,中 国科学院大气物理所在周秀骥院士 、赵燕曾研究员 、 呂达仁院士等主持下 ,建立了我国第一台米散射激 光雷达 ,并进行大气气溶胶与云的探测研究 。目前 , 国内已经有许多单位都拥有激光雷达系统并开展了 气象参数与大气环境参数的探测研究 ,如中国科学 院所属的安徽光学精密机械研究所 、上海光学精密 机械研究所 、大气物理研究所和数学与物理研究所 、 中国电子集团第 22 研究所 、中国海洋大学 、武汉大 学 、北京大学 、中国科学技术大学 、西安理工大学 、兰 州大学 、南京信息工程大学以及其他一些气象与环 境研究单位 。此外 ,中国气象科学研究院和中国科 学院空间中心等正计划开展这方面的工作 。本节将 针对被探测物质的不同来分类讨论激光雷达在大气 探测中的应用和发展 。
311 气溶胶和云及边界层的探测 在诸多影响气候变化的因子中 ,云和气溶胶
是两个非常重要但又不确定的影响因子 。气溶胶 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 [4] ; 云层对大气辐射平衡影响 很大 ,直接影响气候 ,对于天气的变化 ,云不仅是 指示器 ,而且是调节器 ,由于云在气候变化中的重 要作用 ,有关云的研究近年来一直受到高度重视 , 被列为全球变化研究中的优先项目 [5] ; 边界层高 度是大气边界层的重要参数 ,如何方便有效地确 定边界层高度和准确监测其变化过程 ,对空气污 染物的扩散 、传输 模式 以及 污染 物预 报模 式 都 有 十分重要的意义 [6] 。
气溶胶在各种非均匀和光化学反应 、云形成 、降 水及地球辐射平衡中都扮演着重要角色 。目前使用 激光雷达对黄沙 [ 21 ] 、烟 [ 22 ] 、霾 [ 22 ] 、沙尘 [ 23 ] 、生物体燃 烧 [ 24 ] 、火山爆发 [ 25 ]各种类型气溶胶的垂直分布 、时 空变化 、浓度 、传输及微物理和光学性质等方面均进 行了成功探测 。很多地区都已经开始建立雷达观测 网 ,例如在东亚的日本 、韩国 、中国 、蒙古和泰国 5个 国家的 20个地区已经建立双波长偏振雷达观测网 , 用来对云和对流层气溶胶 (矿物尘 、环境污染气溶胶 等 )进行连续观测 [ 26 ] 。而且对气溶胶的监测已经不 仅仅局限在室外 , Ruat等 [ 27 ]利用人眼安全的激光雷 达使用新的方法给出了巴黎地铁站内气溶胶的时空 分布特征 ,这一研究有利于使激光雷达向调查室内 空气 质 量 方 向 的 应 用 发 展 。气 溶 胶 的 光 学 厚 度 (AOD )和云有很强的相关性 ,使用高光谱激光雷达
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气象与环境学报
第 25卷
可以给出云附近和远离云时气溶胶的 AOD、后向散 射系数 、消光系数 、Angstrom 指数的变化规律 ,并且 不受云的三维结构的影响 [ 28 ] 。极地中气层云 PMC ( Polar M esospheric C loud)是指夏季位于高纬度中间 层 82—87 km 高度的一层纳米量级的冰粒薄云 , Kle2 kociuk等 [ 29 ] 利 用 瑞 利 散 射 lidar 和 中 间 层 —平 流 层 —对流层 radar首次给出了 Davis南极洲 ( 6816°S) 的 PMC 和 PM SE ( Polar M esosphere Summer Echoes) 的常规测量 。
国外在 利 用 激 光 雷 达 对 云 和 气 溶 胶 的 光 学 性 质 、云量 、云高 、云与气溶胶的相互影响以及边界层 性质等方面研究的比较深入 [ 7 - 9 ] ,还有学者将测得的 结果作为辐射传输模式的输入 [ 10 ] ,或利用观测值对 模式结果进行评估 [ 11 ] 。Charlson等 [ 12 ]还将 M ie散射 激光雷达用于全球气候变化的研究 ,并通过研究得 出“人为气溶胶的气候强迫效应是导致全球气候变 化的主要原因 ”的结论 。
体 、半导体和固体激光雷达 。气体激光雷达中比较 量环境中某种污染气体的浓度 ;差分吸收 (D ifferenti2
收稿日期 : 2009 - 04 - 02;修订日期 : 2009 - 04 - 21。 基金项目 :科技基础性工作专项重点项目 (2007FY110700)资助 。 作者简介 :尹青 ,女 , 1983年生 ,在读硕士研究生 ,主要从事太阳辐射 、激光雷达等方面的研究 , E2mail: yinqing800@ sohu1com。 通信作者 :张华 , E2mail: huazhang@ cma1gov1cn。
源干扰能力强 ;单色性好 ,方向性强 ;体积小 ,质量轻 激光雷达是一种利用米散射机制探测 30 km 以下低
等 ,因此已经成为目前对大气 、海洋和陆地进行高精 空大气中的尘埃 、云雾等气溶胶粒子的激光雷达 。
度遥感探测的有效手段 ,广泛地应用于环境监测 、航 M ie散射的特点是散射粒子的尺寸与入射激光波长
待测气体分子的吸收所引起的 ,从而根据两个波长
回波强度的差分可以确定待测气体分子的浓度 [ 3 ] ,
它可以用来探测大气湿度和大气污染 ,它被广泛应
用于环境监测中 , 如探测空气中的 O3 、SO2 和 NO2 等 ;多普勒 (Dopp ler)激光雷达利用激光多普勒效应 ,
通过测量散射频率相对于发射激光频率的多普勒频
国内许多学者 [ 13 - 20 ] 对于这方面的研究也取得 了重要进展 ,他们分别使用 M ie 散射 、共振荧光 、偏 振 、微脉冲激光雷达对包括南北极和青藏高原在内 的不同地区进行探测 ,并根据探测及反演得到的距 离平方校 正回 波信 号 、消光 系数 、后 向 散 射 系 数 、 Angstrom 波长指数 、散射比 、退偏振率等物理量来分 析和研究对流层 、平流层的气溶胶 、云以及边界层的 时空分布及结构特征 ,并进一步讨论了这些特征的 成因 。