利用紫外Mie散射激光雷达探测澳门地区沙尘暴事件
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可 以对 当地大气状况有更深 的了解 ， 还可 以对一 些理论 预言 进行反 馈修正 。
了一 台发射波长在 ３ ５ｍ 的紫外 Ｍｉ 散射 激光雷 达 。由于 ５ ｅ 紫外波段 的太 阳辐射 比可见光波段的太阳辐射 弱 ， 白天的 在
测量 中， 紫外激光雷达可 以获得 更好 的信噪 比。本 文对激 该 光雷达 的结构参数及数据 处理方法进行 了介绍 ， 利用 该激光
利 用 紫 外 Ｍｉ 散射 激 光 雷 达探 测 澳 门地 区沙 尘暴 事 件 ｅ
刘巧君 ， 郑玉 臣 ， 朱建华 冯瑞权。 ， ，曾秀桦。 谭建 成。 冼保 生。 ， ，
１ ．四川大学物理科学与技术学院 ，四川 成都 ３ ．澳门地球物理暨气象局 ，中国 澳门 ６ ０ ６ １０４
２ ．澳门科技大学资讯科技 学院激光雷达联 合实验 室，中国 澳门
消光 系数 与当地可 吸入 颗粒 物浓 度的相关性达到了 ０ ９ 。气溶胶 垂直廓 线显示 ，在沙尘 暴来 临期间存 在明 ．３
显的沙尘气溶胶凝集层 。通过气溶胶轨迹倒推 ，分析了沙尘气溶胶的来源及路径 。观测结果表 明 ， 激光雷 该 达可 以在特殊天气条件下对 澳门地区气溶胶进行有效探测 ，这将 有助于深化对澳 门上空气溶胶特性 的研究 。
１ 实验 系统
图 １ 自行研 制 的 Ｍｉ 是 ｅ散射 离轴 激光 雷达 的结 构示 意
究 了银 川上空的大气气溶胶光学特性 ， 对一次 明显 的沙 尘 并 天气进 行了探测 。 迟如 利等研 制 了工作 波长 为 １０ ４和 ５ ２ ６ ３ ｎｎ的双波长 Ｍｉ 散射 激光 雷达 ， 其研 究 了合 肥上 空气 溶 ｌ ｅ 用
ｐ ｍ一 ，达到 重度污染 级别 。而 随着沙尘 暴 的南 下 ，澳 门 ． ｇ・ 地 区的空气质量迅速转坏 ，所有 自动空气测 量站均记 录到 了
历史最差 的空气质量 指数。 为 了对澳 门上空 的气 溶胶 进行 研究探测 ，本课题 组研制
和红外 辐射影响所到处 的大气环流 和气候 。 大气激 光雷达 具有 时空分辨 率高 、可连续 探测 等优点 ， 已经成 为探测大气 气溶胶 的有 力工 具＿ ］ １ 。其 探测结 果不 但 。
引 言
沙尘暴是一种在较干旱土地 区域上 发生 的气 象现象 。沙
尘 粒子作为气 溶胶 的一 个 重要 来 源 ，可在 大 气环 流 的作 用 下， 离开 源头 区域 长距 离的输送出去 ，通 过吸收 和散射太 阳
响 。在 ２ ０日北京大气 中的可吸人 颗粒 物浓度 已经超 过 １５ ０ ０
基金项 目： 澳门特别行 政区一 科学技术发展基金项 目（２ ／ ０ ７ Ａ ） ０ １ ２ ０ ／ ２ 资助
作者简 介 ： 刘巧君 ，１８ ９ ４年生 ，四川大学物理科学与技术学 院博 士研 究生 ＊通讯联系人 ｅｍａｌ ｙ ｃｅ ｇ ｅｖｇ ｔｒ ｃｒ － ｉ ｓｈ ｎ ＠ｎｔｉａｏ ．ｏ ：ａ ｎ ｅｍａ ：ｑ ｏｕ ｌ ＠ｙｈ ｏ ｅ － ｉ ｉ ｊｎｉ ａ ｏ ．ｎ ｌ ａ ｕ
６６ ２
光谱学 与光谱分析
第３ ２卷
气 中传 输 实 际上 受 到 大 气 分 子 和 气 溶 胶 粒 子 共 同作 用 ，
Ｆ ｒａ Ｉ将 分子和气溶胶 的贡献分 开考 虑 ， ｅｎ ｌ ６ ｄ］ 激光雷达方程表
示 为
）
‰ （十 ｒ ｒ ． ） ） ］
ｅ ２ （） Ｏ （） ／ ｘ ｌ ｌ ｌ ＇ ｒ］ Ｉ ｐ ｕ ｒ ＋ ａ ，ｄ ｊ ［ ｅ
雷达探测 了沙尘暴 来 临及 过境 后澳 门上 空大 气 的 Ｍｉ散 射 ｅ 回波信号并进行 了反 演 ， 得到 了大气气溶胶 消光 系数 的垂直 廓线 。 结合 当地的能见度数据 ，分析 了近地面气 溶胶 消光系
数和 Ｐ ｏ Ｍ 探测 结果 的相关性 ，同时给 出了沙尘 气溶胶 的路 径和来源的分析结果 。
胶 波长依赖 指数的空间垂直分布及光学厚度 的月变化 ｌ 。 ＿wk.baidu.com ５ ］
图 。系统座 落于澳门凼仔大潭 山的澳门气 象局 内，海拔 高度
１１ 。 ２ｍ
２１ ０ ０年 ３月 １ ９日起 的沙尘暴 天气 ，使我 国华北 以至华
收稿 日期 ：２ １ —７０ 。 订 日期 ： ０ １１—８ ０ １０ —７ 修 ２ １ —０２
Ｍａｉ等研究 了折射率虚部对 沙漠气 溶胶消光 背 向散 射 ｒ ａ 比的影 响 ， 并将在 撒哈拉沙漠沙尘暴期间从拉曼 雷达监测 得 到的消光系数和 背 向散射 系数 值 与数值 模拟 得 到的 结果 比 较 ， 出了较 为合适 的描述撒 哈拉沙漠沙尘气溶 胶的折射 率 给
虚 部范围Ｅ 。 ４ ］ 毛建东等利用工作波长 ５２ｎｎ的 Ｍｉ ３ ｌ ｅ散射激光 雷达 研
关键词 激光雷达 ；沙尘暴 ；气溶胶 ； 消光系数
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１． ９４ ｊｉｓ． ０ ００ ９ （０ ２ ０—６ ５０ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ —５ ３ ２ １ ）３０ ２—５
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ ． ８ Ｎ９ ８ ９
东之多个 内地 城市 均受 到不 同程 度 的浮 尘或扬 沙 的天 气影
第 ３卷 ， ３ ２ 第 期
２０ １２ 年 ３月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ３ ｐ ６ ５ ６ ９ １３ ， ． ，ｐ ２ —２ Ｍａｃ ｒ ｈ，２ １ ０２
摘
要
研制 了一 台工作 波长为 ３ ５ｎｎ的紫外 高能 Ｍｉ ５ ｉ ｅ散射激光 雷达 ，并利用该 激光雷达 在 ２ １ 一次 ０ ０年
沙尘暴事件期 间对澳 门上空 的大气进 行了探测 ，得到 了澳 门地 区不 同时刻 的气溶胶 消光 系数垂直 廓线 。利 用 Ｆ ｍａ ｅ ｌ ｄ方法反演得到 的气溶胶 近地 面消光系数随时间的变化与 当地气象数据具有较好 的一致 性 ， 气溶胶
了一 台发射波长在 ３ ５ｍ 的紫外 Ｍｉ 散射 激光雷 达 。由于 ５ ｅ 紫外波段 的太 阳辐射 比可见光波段的太阳辐射 弱 ， 白天的 在
测量 中， 紫外激光雷达可 以获得 更好 的信噪 比。本 文对激 该 光雷达 的结构参数及数据 处理方法进行 了介绍 ， 利用 该激光
利 用 紫 外 Ｍｉ 散射 激 光 雷 达探 测 澳 门地 区沙 尘暴 事 件 ｅ
刘巧君 ， 郑玉 臣 ， 朱建华 冯瑞权。 ， ，曾秀桦。 谭建 成。 冼保 生。 ， ，
１ ．四川大学物理科学与技术学院 ，四川 成都 ３ ．澳门地球物理暨气象局 ，中国 澳门 ６ ０ ６ １０４
２ ．澳门科技大学资讯科技 学院激光雷达联 合实验 室，中国 澳门
消光 系数 与当地可 吸入 颗粒 物浓 度的相关性达到了 ０ ９ 。气溶胶 垂直廓 线显示 ，在沙尘 暴来 临期间存 在明 ．３
显的沙尘气溶胶凝集层 。通过气溶胶轨迹倒推 ，分析了沙尘气溶胶的来源及路径 。观测结果表 明 ， 激光雷 该 达可 以在特殊天气条件下对 澳门地区气溶胶进行有效探测 ，这将 有助于深化对澳 门上空气溶胶特性 的研究 。
１ 实验 系统
图 １ 自行研 制 的 Ｍｉ 是 ｅ散射 离轴 激光 雷达 的结 构示 意
究 了银 川上空的大气气溶胶光学特性 ， 对一次 明显 的沙 尘 并 天气进 行了探测 。 迟如 利等研 制 了工作 波长 为 １０ ４和 ５ ２ ６ ３ ｎｎ的双波长 Ｍｉ 散射 激光 雷达 ， 其研 究 了合 肥上 空气 溶 ｌ ｅ 用
ｐ ｍ一 ，达到 重度污染 级别 。而 随着沙尘 暴 的南 下 ，澳 门 ． ｇ・ 地 区的空气质量迅速转坏 ，所有 自动空气测 量站均记 录到 了
历史最差 的空气质量 指数。 为 了对澳 门上空 的气 溶胶 进行 研究探测 ，本课题 组研制
和红外 辐射影响所到处 的大气环流 和气候 。 大气激 光雷达 具有 时空分辨 率高 、可连续 探测 等优点 ， 已经成 为探测大气 气溶胶 的有 力工 具＿ ］ １ 。其 探测结 果不 但 。
引 言
沙尘暴是一种在较干旱土地 区域上 发生 的气 象现象 。沙
尘 粒子作为气 溶胶 的一 个 重要 来 源 ，可在 大 气环 流 的作 用 下， 离开 源头 区域 长距 离的输送出去 ，通 过吸收 和散射太 阳
响 。在 ２ ０日北京大气 中的可吸人 颗粒 物浓度 已经超 过 １５ ０ ０
基金项 目： 澳门特别行 政区一 科学技术发展基金项 目（２ ／ ０ ７ Ａ ） ０ １ ２ ０ ／ ２ 资助
作者简 介 ： 刘巧君 ，１８ ９ ４年生 ，四川大学物理科学与技术学 院博 士研 究生 ＊通讯联系人 ｅｍａｌ ｙ ｃｅ ｇ ｅｖｇ ｔｒ ｃｒ － ｉ ｓｈ ｎ ＠ｎｔｉａｏ ．ｏ ：ａ ｎ ｅｍａ ：ｑ ｏｕ ｌ ＠ｙｈ ｏ ｅ － ｉ ｉ ｊｎｉ ａ ｏ ．ｎ ｌ ａ ｕ
６６ ２
光谱学 与光谱分析
第３ ２卷
气 中传 输 实 际上 受 到 大 气 分 子 和 气 溶 胶 粒 子 共 同作 用 ，
Ｆ ｒａ Ｉ将 分子和气溶胶 的贡献分 开考 虑 ， ｅｎ ｌ ６ ｄ］ 激光雷达方程表
示 为
）
‰ （十 ｒ ｒ ． ） ） ］
ｅ ２ （） Ｏ （） ／ ｘ ｌ ｌ ｌ ＇ ｒ］ Ｉ ｐ ｕ ｒ ＋ ａ ，ｄ ｊ ［ ｅ
雷达探测 了沙尘暴 来 临及 过境 后澳 门上 空大 气 的 Ｍｉ散 射 ｅ 回波信号并进行 了反 演 ， 得到 了大气气溶胶 消光 系数 的垂直 廓线 。 结合 当地的能见度数据 ，分析 了近地面气 溶胶 消光系
数和 Ｐ ｏ Ｍ 探测 结果 的相关性 ，同时给 出了沙尘 气溶胶 的路 径和来源的分析结果 。
胶 波长依赖 指数的空间垂直分布及光学厚度 的月变化 ｌ 。 ＿wk.baidu.com ５ ］
图 。系统座 落于澳门凼仔大潭 山的澳门气 象局 内，海拔 高度
１１ 。 ２ｍ
２１ ０ ０年 ３月 １ ９日起 的沙尘暴 天气 ，使我 国华北 以至华
收稿 日期 ：２ １ —７０ 。 订 日期 ： ０ １１—８ ０ １０ —７ 修 ２ １ —０２
Ｍａｉ等研究 了折射率虚部对 沙漠气 溶胶消光 背 向散 射 ｒ ａ 比的影 响 ， 并将在 撒哈拉沙漠沙尘暴期间从拉曼 雷达监测 得 到的消光系数和 背 向散射 系数 值 与数值 模拟 得 到的 结果 比 较 ， 出了较 为合适 的描述撒 哈拉沙漠沙尘气溶 胶的折射 率 给
虚 部范围Ｅ 。 ４ ］ 毛建东等利用工作波长 ５２ｎｎ的 Ｍｉ ３ ｌ ｅ散射激光 雷达 研
关键词 激光雷达 ；沙尘暴 ；气溶胶 ； 消光系数
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１． ９４ ｊｉｓ． ０ ００ ９ （０ ２ ０—６ ５０ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ —５ ３ ２ １ ）３０ ２—５
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ ． ８ Ｎ９ ８ ９
东之多个 内地 城市 均受 到不 同程 度 的浮 尘或扬 沙 的天 气影
第 ３卷 ， ３ ２ 第 期
２０ １２ 年 ３月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ３ ｐ ６ ５ ６ ９ １３ ， ． ，ｐ ２ —２ Ｍａｃ ｒ ｈ，２ １ ０２
摘
要
研制 了一 台工作 波长为 ３ ５ｎｎ的紫外 高能 Ｍｉ ５ ｉ ｅ散射激光 雷达 ，并利用该 激光雷达 在 ２ １ 一次 ０ ０年
沙尘暴事件期 间对澳 门上空 的大气进 行了探测 ，得到 了澳 门地 区不 同时刻 的气溶胶 消光 系数垂直 廓线 。利 用 Ｆ ｍａ ｅ ｌ ｄ方法反演得到 的气溶胶 近地 面消光系数随时间的变化与 当地气象数据具有较好 的一致 性 ， 气溶胶