激光雷达观测北京大气气溶胶的垂直分布.pdfVIP

第24卷，第6期 光 谱 实 验 室 Vo1．2 4，No．6 2 0 0 7年 1 1月 Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory November，200 7 激光雷达观测北京大气气溶胶的垂直分布 王雁鹏① 陈岩 董旭辉 殷惠民 (国家环境分析测试中心 北京市朝阳区育慧南路甲1号1704 100029) 摘 要 利用激光雷达对北京2005年4月26—3O日大气气溶胶进行了连续观测，对气溶胶光学特 性进行了测量和分析，讨论了大气污染物气溶胶和沙尘气溶胶的垂直分布，以及沙尘气溶胶的传输和沉降 过程。因此，激光雷达是研究阴霾天气和沙尘天气特征的有效手段。 关键词 激光雷达，沙尘天气，气溶胶。 中图分类号：0445．4 文献标识码：A 文章编号：1004—8138(2007)06·1153-04 1 前言 气溶胶是指直径在0．O01--100／~m的各种固态和液态微粒在大气中形成的相对稳定的悬浮体 系，气溶胶对大气环境、大气辐射有着重要的影响。激光雷达是一种主动式现代光学遥感设备，是传 统的无线电或微波雷达向光学频段的延伸。Mie散射激光雷达以它的高探测灵敏度、高时间和空间 分辨率以及广阔的探测范围而被广泛的应用于大气气溶胶的探测L1]。国外在利用Mie散射激光雷 达研究云的光学性质、云高以及云与气溶胶的相互影响等方面做得比较深人[2]，另外还有学者将 Mie散射激光雷达探测与大漩涡模拟作了对比，将其用于监测气溶胶L3]。 Mie散射的特点是散射粒子的粒径与人射激光波长相近或比人射激光波长更大，其散射光波 长和人射光波长相同，散射过程中没有光能量的交换，是弹性散射。相对于其他广散射机制，Mie散 射的散射界面最高，因此Mie散射激光雷达的回波信号通量较大，具有更远的探测距离和精度，通 常用于探测30km以下的低空大气中的颗粒物气溶胶和云雾。数据接收系统自动将不同高度的回 波信号强度对时间作图，得到后向散射光谱来反映不同高度、不同时间的气溶胶浓度。本文应用 NIES型固定Mie散射激光雷达，对北京地区大气气溶胶进行了观测，并利用脉冲激光的偏振属性 来区分不同形态的颗粒物。 2 Mie散射激光雷达的工作原理 NIES型激光雷达由激光源、信号接收系统和数据记 表 1 NIES型激光雷达的主要技术参数 录装置三部分组成，见图1。 激光器 Nd：YAG 光源采用高频Nd：YAG脉冲激光器，望远镜用于 波长(nm) 接收散射光，经过双色镜被切分为532nm和 1064nm， 脉冲能量(mJ·脉冲 ) 1064nm用雪崩二极管(APD)检测，532nm经偏振器，两 脉冲频率(pps) 望远镜(~20cm) 种偏振组分分别用两个光电倍增二极管检测，最后用数 接收视场 字示波器记录，同时数据存储在计算机硬盘中，以便可以 进一步结合具体目的进行处理。激光雷达的主要技术参 短波检测器 数见 表1。 长波检测器 ①联系人，手机：(OE—mail：xinpost@sina．com 作者简介：王雁鹏(197o一)，男，天津市人，工程师，硕士，主要从事环境化学和大气颗粒物研究工作。 收稿日期t 2007—10—08；接受日期：2007—10-16 光谱实验室 第 24卷 图 1 NIES型激光雷达的结构 激光光源发出的脉冲激光信号在大气中被粒子散射，其中后向散射光被激光雷达装置的望远 镜接收，散射光的延迟时间确定了粒子的高度，散射回波信号的功率和对应高度气溶胶的浓度成正 比。 3 数据处理算法 NI