大氣拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

大氣氣溶膠的氣候強(qiáng)迫是目前氣候變化因素中不確定性大的一項(xiàng)。氣溶膠的光學(xué)特征直接影響大氣輻射過程，也可以通過在微物理過程中與云-降水的相互作用間接影響輻射過程。有必要對(duì)氣溶膠光學(xué)和微物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，降低氣溶膠輻射強(qiáng)迫在天氣和氣候模式中的不確定性。本研究利用多波段Raman激光雷達(dá)(355、532和1064nm)對(duì)北京上空氣溶膠進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)，建立了光學(xué)參數(shù)的自動(dòng)算法[1，2]，并在此基礎(chǔ)上提出了環(huán)境氣溶膠微物理參數(shù)的3波段Raman激光雷達(dá)反演算法[3，4]。實(shí)現(xiàn)了對(duì)北京上空氣溶膠光學(xué)和微物理參數(shù)垂直分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反演。2016年12月至今，在北京大學(xué)(39.99N，116.31E)校內(nèi)樓頂，利用北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)系及國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)多波段Raman激光雷達(dá)，對(duì)北京上空氣溶膠進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)。利用觀測(cè)得到的米散射和Raman散射信號(hào)，建立了355、532和1064nm后向散射系數(shù)及355nm消光系數(shù)的自動(dòng)反演算法，得到了北京地區(qū)上空氣溶膠光學(xué)特征。根據(jù)6S輻射傳輸模式中氣溶膠模型，假設(shè)北京上空氣溶膠由黑炭型(Soot)、可溶型(Water Soluble)和沙塵型(Dust)組合構(gòu)成，各類型氣溶膠均假設(shè)為對(duì)數(shù)正態(tài)分布;利用T-matrix米散射模型，計(jì)算三種氣溶膠的光學(xué)參數(shù)(355、532和1064nm后向散射系數(shù)和355nm消光系數(shù))制作查算表，查算表變量包括三種氣溶膠數(shù)濃度(N1，拉曼米散射激光雷達(dá)中國區(qū)技術(shù)服務(wù)中，N2，N3)和可溶性氣溶膠中心粒徑(rg)。對(duì)比光學(xué)參數(shù)的觀測(cè)值和模擬值，得到三種氣溶膠數(shù)濃度和可溶型氣溶膠中心粒徑的優(yōu)解，進(jìn)而計(jì)算氣溶膠微物理參數(shù)(有效半徑、表面積濃度、體積濃度和復(fù)折射指數(shù))，個(gè)例和統(tǒng)計(jì)分析表明結(jié)果合理。

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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

激光雷達(dá)的空間掃描方法可分為非掃描體制和掃描體制，其中掃描體制可以選擇機(jī)械掃描、電學(xué)掃描和二元光學(xué)掃描等方式。非掃描成像體制采用多元探測(cè)器，作用距離較遠(yuǎn)，探測(cè)體制上同掃描成像的單元探測(cè)有所不同，能夠減小設(shè)備的體積、重量，但在我國多元傳感器，尤其是面陣探測(cè)器很難獲得，因此國內(nèi)激光雷達(dá)多采用掃描工作體制。

機(jī)械掃描能夠進(jìn)行大視場掃描，也可以達(dá)到很高的掃描速率，不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠獲得不同的掃描圖樣，是目前應(yīng)用較多的一種掃描方式。聲光掃描器采用聲光晶體對(duì)入射光的偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)掃描，掃描速度可以很高，掃描偏轉(zhuǎn)精度能達(dá)到微弧度量級(jí)。但聲光掃描器的掃描角度很小，光束質(zhì)量較差，耗電量大，聲光晶體必須采用冷卻處理，實(shí)際工程應(yīng)用中將增加設(shè)備量。

化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

傳統(tǒng)的化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)裝置由士兵肩負(fù)，一邊探測(cè)一邊前進(jìn)，拉曼米散射激光雷達(dá)多少錢，探測(cè)速度慢，拉曼米散射激光雷達(dá)，且士兵容易中1毒。

俄羅斯研制成功的KDKhr―1N遠(yuǎn)距離地面激光毒氣報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)距離探測(cè)化學(xué)毒劑攻擊，確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、離地高度、中心角坐標(biāo)以及毒劑相關(guān)參數(shù)，拉曼米散射激光雷達(dá)中國區(qū)總代理，并可通過無線電通道或有線線路向部1隊(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，比傳統(tǒng)探測(cè)前進(jìn)了一大步。

德國研制成功的VTB―1型遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑傳感器技術(shù)更加，它使用兩臺(tái)9― 11微米、可在40個(gè)頻率上調(diào)節(jié)的連續(xù)波CO2激光器，利用微分吸收光譜學(xué)原理遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑，既安全又準(zhǔn)確。

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