北京南郊气溶胶垂直分布特征与典型过程激光雷达探测分析
发布时间：2021-10-28 21:35
气溶胶可以通过直接与间接效应影响地球与大气之间的辐射平衡,而且大气气溶胶主导了灰霾、沙尘等大气污染。激光雷达具有远距离探测、高时空分辨率和昼夜工作的能力,获得的气溶胶数据能够弥补立体观测数据的缺乏,提高关于气溶胶对气候影响的科学认识水平,其实时观测能力使其在污染监测领域得到了广泛的应用。因“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项“超大城市垂直综合气象观测技术研究及试验”项目的需求,自主研制了 AWRL-Ⅱ型激光雷达,在北京南郊开展了一系列观测和研究工作。本文首先介绍了气溶胶研究的意义,概述了气溶胶的来源、种类、分布与其在大气中的作用等基本性质。阐述了激光与气溶胶的作用机制,介绍了大气探测激光雷达的技术分类与反演方法等。其次开展了激光雷达定标与数据验证研究。采用新颖的CCD侧向散射迭代法对激光雷达几何重叠因子进行了校正;对系统两个偏振探测通道的增益比进行了标定。通过四象限法与分子瑞利信号测试,保证了 AWRL-Ⅱ型激光雷达系统和数据的可靠性。通过与太阳光度计探测结果和EARLINET标准结果的比较,验证了激光雷达本身与反演算法的准确性,其中与太阳光度计结果的拟合优度高达0.93。针对激光雷...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１气溶胶粒子尺度分布的三种模态，及各模态的源与生成、转化与转移过程［３］??１．２．３气溶胶的分布??
成分｜１２］。??ｊ?：?ｉ??？？?．１．?ｉｉ?Ｈｉｌｌ?１１?，ｉ．?ｉ?ｍ?ｉｌ?．?ｉ＇?？?ｆ?＜?ｉ?认愈?ｉ?＂ｉｔ?ｔｉｌ?ｉｍｉｉ＂．?．Ｓ?？??“?４?■?ｉ?？Ｍ?Ｉ?■?堆教?效Ｎｔ?１１．???敵？与吸牧末被扰动的云增加云着＊加Ｚ？中＃?增如云裹?８长云的生命史?加热导致芯藹发??１?，?木含■??＼亶接效应ｊ?丨ＳＩ串《应／第ｉｔ?第二＊Ｍ＊＊芮?Ｉ?｜半直＊＊？?｜??＿类《？效应?＼?，丨?＼?．?＿／??图１．２气溶胶的辐射效应ｔ｜ｌ】??１．３大气气溶胶研究进展??气溶胶的研宄有直接采样研宄与遥感研宄两大块，研宄内容包括化学组分、??粒子浓度、尺度谱分布、光学性质、微物理性质、以及二次气溶胶的形成机制等??等⑴－１６］。??１．３．１直接采样研究??上个世纪８０年代以前，主要利用直接采样法对气溶胶进行研宄。直接采样??６??
?第２章大气探测激光雷达???第２章大气探测激光雷达??２．１大气探测激光雷达概述??作为一种主动遥感仪器，激光雷达能够提供光学定量垂直廓线，与传统雷??达最大的不同是光源采用激光。几乎在激光器刚一问世，大气科学领域的研究??人员就想到用激光来探测大气⑷。激光雷达发射一束激光脉冲，激光在传输的??过程中与大气中的物质相遇并相互作用，后向散射信号被接收，通过不同的反??演算法可以得到物质的光学性质与微物理性质。??发射系统?接收系统??ｒ?１?Ｉ?１??｜?．?．?Ｉ?Ｉ??｜?＂?Ｉ?Ｉ??１１?！??Ｉ?Ｉ?＇??Ｉ?Ｉ?｜??Ｉ?Ｉ?＇??Ｉ?ｙｎ丨卜ｉ?＿后继光路与探??！?测器、采集器??｜?疆?｜?｜?丨猶?＼?□］?｜??图２．１激光雷达系统结构示意图??激光雷达系统由发射子系统、接收光学子系统和数据探测与采集子系统三??部分组成，见图２．１。发射子系统通常包含脉冲激光器、激光束控制光学仪器与??光学元件（扩束镜、衰减片、起偏器等）。接收子系统包括望远镜、后继光路（光??阑、滤光片等）。数据探测与采集子系统包括光电探测器与采集器，将光信号转??变为电信号，并以数字的形式记录、储存下来，以供后续反演工作使用。??从地面垂直向上，大气层依次为对流层一平流层一中间层一热层一散逸层??［４９］，对流层又可以分为自由对流层与混合层或边界层，见图２．２。其中，混合??层与我们人类的关系最为密切，我们生活、呼吸在其中，因此该层的空气质量??与我们的生命健康息息相关。绝大多数的气溶胶是集中在２ｋｍ以下的混合层中??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报. 2018(06)
[2]大气探测激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报. 2018(05)
[3]基于CE318数据的杭州市气溶胶光学特征研究[J]. 李海龙,张自力,李正泉,王秀珍. 科技通报. 2018(06)
[4]大气气溶胶遥感反演研究综述[J]. 汤玉明,邓孺孺,刘永明,熊龙海. 遥感技术与应用. 2018(01)
[5]成都市冬季相对湿度对颗粒物浓度和大气能见度的影响[J]. 刘凡,谭钦文,江霞,蒋文举,宋丹林. 环境科学. 2018(04)
[6]大气气溶胶谱分布的多波长拟合模拟反演[J]. 徐继伟,刘东,谢晨波,王珍珠,王邦新,钟志庆,马晖,王英俭. 光学学报. 2017(10)
[7]中国科学院大气灰霾追因与控制研究进展[J]. 白春礼. 中国科学院院刊. 2017(03)
[8]用于测量流层水汽的拉曼激光雷达[J]. 尚震,谢晨波,钟志庆,王邦新,王珍珠,赵明,谭敏,刘东,王英俭. 红外与激光工程. 2016(12)
[9]大气探测激光雷达自动准直方法综述[J]. 肖铃,刘东,王英俭,王珍珠,谢晨波. 大气与环境光学学报. 2016(03)
[10]利用CE318太阳光度计资料反演合肥气溶胶光学特性[J]. 牟福生,李昂,谢品华,王杨,徐晋,陈浩,张杰,吴丰成. 红外与激光工程. 2016(02)
博士论文
[1]拉曼激光雷达水汽探测自标定方法研究与全固态系统研制[D]. 邓迁.中国科学技术大学 2019
[2]污染条件下气溶胶和水汽时空分布探测和数据分析研究[D]. 谭敏.中国科学技术大学 2018
[3]地面及激光雷达观测数据同化对PM2.5预报的改进[D]. 郑海涛.中国科学技术大学 2018
[4]山西地区气溶胶物理特性的飞机—地面观测研究[D]. 李军霞.南京信息工程大学 2015
[5]北京市夏季气溶胶物理化学特性和来源分析[D]. 田平.北京师范大学 2014
[6]武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
硕士论文
[1]基于CCD成像的激光雷达自动对光技术研究[D]. 肖铃.中国科学技术大学 2016
本文编号：3463378
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１气溶胶粒子尺度分布的三种模态，及各模态的源与生成、转化与转移过程［３］??１．２．３气溶胶的分布??
成分｜１２］。??ｊ?：?ｉ??？？?．１．?ｉｉ?Ｈｉｌｌ?１１?，ｉ．?ｉ?ｍ?ｉｌ?．?ｉ＇?？?ｆ?＜?ｉ?认愈?ｉ?＂ｉｔ?ｔｉｌ?ｉｍｉｉ＂．?．Ｓ?？??“?４?■?ｉ?？Ｍ?Ｉ?■?堆教?效Ｎｔ?１１．???敵？与吸牧末被扰动的云增加云着＊加Ｚ？中＃?增如云裹?８长云的生命史?加热导致芯藹发??１?，?木含■??＼亶接效应ｊ?丨ＳＩ串《应／第ｉｔ?第二＊Ｍ＊＊芮?Ｉ?｜半直＊＊？?｜??＿类《？效应?＼?，丨?＼?．?＿／??图１．２气溶胶的辐射效应ｔ｜ｌ】??１．３大气气溶胶研究进展??气溶胶的研宄有直接采样研宄与遥感研宄两大块，研宄内容包括化学组分、??粒子浓度、尺度谱分布、光学性质、微物理性质、以及二次气溶胶的形成机制等??等⑴－１６］。??１．３．１直接采样研究??上个世纪８０年代以前，主要利用直接采样法对气溶胶进行研宄。直接采样??６??
?第２章大气探测激光雷达???第２章大气探测激光雷达??２．１大气探测激光雷达概述??作为一种主动遥感仪器，激光雷达能够提供光学定量垂直廓线，与传统雷??达最大的不同是光源采用激光。几乎在激光器刚一问世，大气科学领域的研究??人员就想到用激光来探测大气⑷。激光雷达发射一束激光脉冲，激光在传输的??过程中与大气中的物质相遇并相互作用，后向散射信号被接收，通过不同的反??演算法可以得到物质的光学性质与微物理性质。??发射系统?接收系统??ｒ?１?Ｉ?１??｜?．?．?Ｉ?Ｉ??｜?＂?Ｉ?Ｉ??１１?！??Ｉ?Ｉ?＇??Ｉ?Ｉ?｜??Ｉ?Ｉ?＇??Ｉ?ｙｎ丨卜ｉ?＿后继光路与探??！?测器、采集器??｜?疆?｜?｜?丨猶?＼?□］?｜??图２．１激光雷达系统结构示意图??激光雷达系统由发射子系统、接收光学子系统和数据探测与采集子系统三??部分组成，见图２．１。发射子系统通常包含脉冲激光器、激光束控制光学仪器与??光学元件（扩束镜、衰减片、起偏器等）。接收子系统包括望远镜、后继光路（光??阑、滤光片等）。数据探测与采集子系统包括光电探测器与采集器，将光信号转??变为电信号，并以数字的形式记录、储存下来，以供后续反演工作使用。??从地面垂直向上，大气层依次为对流层一平流层一中间层一热层一散逸层??［４９］，对流层又可以分为自由对流层与混合层或边界层，见图２．２。其中，混合??层与我们人类的关系最为密切，我们生活、呼吸在其中，因此该层的空气质量??与我们的生命健康息息相关。绝大多数的气溶胶是集中在２ｋｍ以下的混合层中??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报. 2018(06)
[2]大气探测激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报. 2018(05)
[3]基于CE318数据的杭州市气溶胶光学特征研究[J]. 李海龙,张自力,李正泉,王秀珍. 科技通报. 2018(06)
[4]大气气溶胶遥感反演研究综述[J]. 汤玉明,邓孺孺,刘永明,熊龙海. 遥感技术与应用. 2018(01)
[5]成都市冬季相对湿度对颗粒物浓度和大气能见度的影响[J]. 刘凡,谭钦文,江霞,蒋文举,宋丹林. 环境科学. 2018(04)
[6]大气气溶胶谱分布的多波长拟合模拟反演[J]. 徐继伟,刘东,谢晨波,王珍珠,王邦新,钟志庆,马晖,王英俭. 光学学报. 2017(10)
[7]中国科学院大气灰霾追因与控制研究进展[J]. 白春礼. 中国科学院院刊. 2017(03)
[8]用于测量流层水汽的拉曼激光雷达[J]. 尚震,谢晨波,钟志庆,王邦新,王珍珠,赵明,谭敏,刘东,王英俭. 红外与激光工程. 2016(12)
[9]大气探测激光雷达自动准直方法综述[J]. 肖铃,刘东,王英俭,王珍珠,谢晨波. 大气与环境光学学报. 2016(03)
[10]利用CE318太阳光度计资料反演合肥气溶胶光学特性[J]. 牟福生,李昂,谢品华,王杨,徐晋,陈浩,张杰,吴丰成. 红外与激光工程. 2016(02)
博士论文
[1]拉曼激光雷达水汽探测自标定方法研究与全固态系统研制[D]. 邓迁.中国科学技术大学 2019
[2]污染条件下气溶胶和水汽时空分布探测和数据分析研究[D]. 谭敏.中国科学技术大学 2018
[3]地面及激光雷达观测数据同化对PM2.5预报的改进[D]. 郑海涛.中国科学技术大学 2018
[4]山西地区气溶胶物理特性的飞机—地面观测研究[D]. 李军霞.南京信息工程大学 2015
[5]北京市夏季气溶胶物理化学特性和来源分析[D]. 田平.北京师范大学 2014
[6]武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
硕士论文
[1]基于CCD成像的激光雷达自动对光技术研究[D]. 肖铃.中国科学技术大学 2016
本文编号：3463378
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