拉曼氣溶膠激光雷達(dá)探測原理

光波的物理量可由強(qiáng)度、波長（頻率）、相位、偏振態(tài)及指向性等來表示。光與物質(zhì)相互作用主要表現(xiàn)為吸收及散射現(xiàn)象，按作用機(jī)理可以分為氣溶膠等顆粒物引起的米氏散射，大氣分子及原子等引起的瑞利散射、拉曼散射、熒光及共振散射和吸收等現(xiàn)象。通過對各種散射機(jī)理及效果進(jìn)行分析，可以探測物質(zhì)的物理及化學(xué)信息。大氣探測激光雷達(dá)工作原理與微波雷達(dá)相似。一般采用脈沖激光器作為發(fā)射源，向大氣中發(fā)射一束具有高指向性、高能量的窄脈沖寬度的激光束，通過望遠(yuǎn)鏡收集大氣中物質(zhì)產(chǎn)生的后向散射光，并對散射光進(jìn)行光譜分析，剔除雜散光信號(hào)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后獲得電信號(hào)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析及數(shù)據(jù)反演即可得到所需大氣參數(shù)或信息。

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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)測量范圍

氣溶膠顆粒物時(shí)空演化、邊界層高度、后向散射系數(shù)、消光系數(shù)、偏振系數(shù)、水汽混合比、粒子譜濃度、有效半徑、質(zhì)量濃度、PM2.5、PM10時(shí)空演化等，滿足科研、氣象與環(huán)境預(yù)警等領(lǐng)域的大氣環(huán)境監(jiān)測需求。

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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,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)對北京上空氣溶膠進(jìn)行了連續(xù)觀測,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),對北京上空氣溶膠進(jìn)行了連續(xù)觀測。利用觀測得到的米散射和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,N2,N3)和可溶性氣溶膠中心粒徑(rg)。對比光學(xué)參數(shù)的觀測值和模擬值,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)功能

中科技達(dá)專業(yè)生產(chǎn)、銷售拉曼氣溶膠激光雷達(dá)，以下信息由中科技達(dá)為您提供。

1）能見度監(jiān)測：

該雷達(dá)系統(tǒng)可以提供斜1視能見度（SVR），與跑道能見度（RVR）相比，斜1視能見度更能真實(shí)的反映飛行員的視覺感受。

2）云底高度監(jiān)測：

該雷達(dá)系統(tǒng)可以提供三維空間云底高度，可以更真實(shí)的反映整個(gè)機(jī)場上空云的三維分布，而普通的云高儀采樣空間僅為其頭頂上方狹小的區(qū)域。

3）霧霾監(jiān)測：

該雷達(dá)系統(tǒng)可以監(jiān)測平流霧的分布、動(dòng)向及來源，可以為航空預(yù)警提供預(yù)報(bào)服務(wù)。

4）氣溶膠類型甄別：

該雷達(dá)系統(tǒng)可以區(qū)分火山灰氣溶膠、天然灰塵、煙霧、海洋氣溶膠、冰云、水云等成分，為航空環(huán)境預(yù)警提供有力技術(shù)保障。