大氣拉曼氣溶膠激光雷達
大氣氣溶膠的氣候強迫是目前氣候變化因素中不確定性大的一項。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)進行實時連續(xù)監(jiān)測,降低氣溶膠輻射強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(355、532和1064nm)對北京上空氣溶膠進行了連續(xù)觀測,建立了光學(xué)參數(shù)的自動算法[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激光雷達反演算法[3,4]。實現(xiàn)了對北京上空氣溶膠光學(xué)和微物理參數(shù)垂直分布的實時監(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)系及國家重點實驗室的一臺多波段Raman激光雷達,對北京上空氣溶膠進行了連續(xù)觀測。利用觀測得到的米散射和Raman散射信號,建立了355、532和1064nm后向散射系數(shù)及355nm消光系數(shù)的自動反演算法,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,進而計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)),個例和統(tǒng)計分析表明結(jié)果合理。
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拉曼氣溶膠激光雷達
激光雷達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器,作用距離較遠,探測體制上同掃描成像的單元探測有所不同,能夠減小設(shè)備的體積、重量,但在我國多元傳感器,尤其是面陣探測器很難獲得,因此國內(nèi)激光雷達多采用掃描工作體制。
機械掃描能夠進行大視場掃描,也可以達到很高的掃描速率,不同的機械結(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入射光的偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)掃描,掃描速度可以很高,掃描偏轉(zhuǎn)精度能達到微弧度量級。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,實際工程應(yīng)用中將增加設(shè)備量。
化學(xué)戰(zhàn)劑探測拉曼氣溶膠激光雷達
傳統(tǒng)的化學(xué)戰(zhàn)劑探測裝置由士兵肩負,一邊探測一邊前進,拉曼米散射激光雷達多少錢,探測速度慢,拉曼米散射激光雷達,且士兵容易中1毒。
俄羅斯研制成功的KDKhr―1N遠距離地面激光毒氣報警系統(tǒng),可以實時地遠距離探測化學(xué)毒劑攻擊,確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、離地高度、中心角坐標以及毒劑相關(guān)參數(shù),拉曼米散射激光雷達中國區(qū)總代理,并可通過無線電通道或有線線路向部1隊自動控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號,比傳統(tǒng)探測前進了一大步。
德國研制成功的VTB―1型遙測化學(xué)戰(zhàn)劑傳感器技術(shù)更加,它使用兩臺9― 11微米、可在40個頻率上調(diào)節(jié)的連續(xù)波CO2激光器,利用微分吸收光譜學(xué)原理遙測化學(xué)戰(zhàn)劑,既安全又準確。
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