Raman—Mie激光雷达探测对流层气溶胶波长指数.PDF

维普资讯 第 23卷 第 3期 量 子 电 子 学 报 、bl_23 No．3 2006年 5月 CHINESEJOURNALOFQUANTUM ELECTRONICS M ay2006 文章编号： 1007—5461(2006)03—0341—05 Raman—Mie激光雷达探测对流层气溶胶波长指数 王晓宾， 胡欢陵， 李 琛， 胡顺星 (中国科学院安徽光学精密机械研究所， 安徽 合肥 230031) 摘 要 ： Angstrom 波长指数能够很好地反映大气气溶胶粒子的半径大小，而 Raman方法测量对流层气 溶胶较 Mie散射方法假设的参数少，测量精度高。在介绍了一台双波长探测对流层气溶胶光学特性的 L625 Raman—Mie激光雷达系统及其测量原理的基础上，利用该激光雷达的探测数据，计算并分析了合肥地区对流 层气溶胶的波长指数，给出了合肥地区对流层气溶胶光学特性的一些典型特征并讨论了其成因。结果表明L625 激光雷达测量对流层气溶胶波长指数是可靠的 关 键词 ： 大气光学；波长指数；激光雷达；气溶胶 中图分类 号 ：TP722．4 文献 标识码 ：A 1 引 言 气溶胶是指悬浮在大气中的直径在0．001~100pm的各种固态和液态微粒。气溶胶对大气环境、大气 辐射和激光在大气中的传输等有着重要的影响。一方面，气溶胶通过太阳辐射的散射和吸收而影响地气系 统的辐射收支，即所谓的直接气候效应；另一方面，气溶胶的间接气候效应是参与云凝结核的形成，改变 了云的光学特性及其分布。因而气溶胶探测成为大气科学和环境科学等领域的重要研究内容。 大气气溶胶由许多不同尺度的微粒组成。Angstrom波长指数 与大气气溶胶粒子的半径有着密切的 关系，一般地，气溶胶粒子半径越大 越小，反之亦然。特别是大气中半径在0．IN10pm 的气溶胶粒子， 满足或非常接近Junge分布，而波长指数 是 Junge谱分布中一个非常重要的参数，测量出波长指数就可 以进而反演出气溶胶粒子的谱分布。 对于Angstrom波长指数的测量，目前主要采用的是太阳直接辐射的分光资料，仪器如太阳光度表等， 这种方法的不足之处在于只能给出整层大气气溶胶的波长指数，而激光雷达恰好弥补了这个缺点，能够给 出其随高度变化的垂直分布。白宇波等曾利用Mie散射激光雷达对拉萨上空的气溶胶波长指数进行了测量 研究 [，而本文采用的是Raman—Mie激光雷达，与Mie散射激光雷达相比，数据反演时假设的参数少， 测量精度高；同时，大气气溶胶光学特性会随地区不同而有所差异，本文分析了合肥地区对流层气溶胶的 光学特性，给出了部分典型结果。 2 L625Raman—Mie激光雷达系统 L625Raman—Mie激光雷达系统使用607～532nlll和 386～355nli1波长探测对流层气溶胶的垂直分布， 主要包括激光发射、回波信号接收、数据采集及控制三部分，系统结构如图l，表 1列出了该激光雷达的主 要参数。 基金项 目：国家 863计划激光技术领域资助课题 收稿日期 ：2005—12—07； 修改 日期 ：2005—12～27 E．m ail：L625⑨aiofm ．ac．cn 维普资讯 342 量 子 电 子 学 报 23卷 表 1 L625Raman-Mie激光雷达主要技术参数 激光器 Nd：YAG 波长 355 532