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多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析

狄慧鸽 侯晓龙 赵虎 阎蕾洁 卫鑫 赵欢 华灯鑫

多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析

狄慧鸽, 侯晓龙, 赵虎, 阎蕾洁, 卫鑫, 赵欢, 华灯鑫
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  • 设计和构建了波长为355, 532和1064 nm的多波长米散射激光雷达系统, 并研究了多波长激光雷达信号数据处理和反演算法, 实现了对地表气溶胶的探测; 利用该激光雷达对2013年冬季西安市上空大气进行了探测, 研究分析了雾霾天、晴天和有云天气的混合层高度、气溶胶消光特征和粒径分布特征. 分析比较了不同波长探测到的混合层高度变化情况. 在雾霾天, 大气混合层高度与晴天和有云天相比明显偏低, 在0.4 km附近, 而晴天的混合层高度有0.5–0.8 km. 利用长波(1064 nm/532 nm)段和短波(532 nm/355 nm)段两个Ångström指数分析了不同天气情况下的粒径分布特征. 对于近地层气溶胶, 雾霾天的长波Ångström (1064/532)指数小于短波Ångström (532/355)指数, 而晴天与之相反, 说明在近地层雾霾有污染的大气中, 存在有较多的粗粒子. 在云层中, Ångström指数明显减小, 并且出现负值, 说明云粒子半径比较大.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61308107)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20126118120003)和陕西省自然科学基金(批准号: 2012JQ5002)资助的课题.
    [1]

    Fernald F G 1984 Appl. Opt. 23 652

    [2]

    Liu H T, Chen L F, Su L 2011 Acta Phys. Sin. 60 064204 (in Chinese) [刘厚通, 陈良富, 苏林 2011 物理学报 60 064204]

    [3]

    Zhang Z Y, Su L, Chen L F 2013 Chin. J. Lasers. 40 0513002 (in Chinese) [张朝阳, 苏林, 陈良富 2013 中国激光 40 0513002]

    [4]

    Chi R L, Wu D C, Liu B, Zhou J 2009 Spectrosc. Spectr. Anal. 29 1468 (in Chinese) [迟如利, 吴德成, 刘博, 周军 2009 光谱学与光谱分析 29 1468]

    [5]

    Albert A, Frank W, Detlef M, Dietrich A, Andreas H, Wolfgang V H, Ulla W 2002 J. Geophys. Res. 107 4259

    [6]

    Chen T, Wu D C, Liu B, Cao K F, Wang Z Z, Bo G Y, Yuan L, Zhou J 2008 Acta Opt. Sin. 30 1531 (in Chinese) [陈涛, 吴德成, 刘博, 曹开发, 王珍珠, 伯广宇, 袁林, 周军 2008 光学学报 30 1531]

    [7]

    Flamant C, Pelon J, Flamant P H, Durand P 1997 Boundary-Layer Meteorol. 83 247

    [8]

    Di H G, Hua D X, Wang Y F, Yan Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 094215 (in Chinese) [狄慧鸽, 华灯鑫, 王玉峰, 闫庆 2013 物理学报 62 094215]

  • [1]

    Fernald F G 1984 Appl. Opt. 23 652

    [2]

    Liu H T, Chen L F, Su L 2011 Acta Phys. Sin. 60 064204 (in Chinese) [刘厚通, 陈良富, 苏林 2011 物理学报 60 064204]

    [3]

    Zhang Z Y, Su L, Chen L F 2013 Chin. J. Lasers. 40 0513002 (in Chinese) [张朝阳, 苏林, 陈良富 2013 中国激光 40 0513002]

    [4]

    Chi R L, Wu D C, Liu B, Zhou J 2009 Spectrosc. Spectr. Anal. 29 1468 (in Chinese) [迟如利, 吴德成, 刘博, 周军 2009 光谱学与光谱分析 29 1468]

    [5]

    Albert A, Frank W, Detlef M, Dietrich A, Andreas H, Wolfgang V H, Ulla W 2002 J. Geophys. Res. 107 4259

    [6]

    Chen T, Wu D C, Liu B, Cao K F, Wang Z Z, Bo G Y, Yuan L, Zhou J 2008 Acta Opt. Sin. 30 1531 (in Chinese) [陈涛, 吴德成, 刘博, 曹开发, 王珍珠, 伯广宇, 袁林, 周军 2008 光学学报 30 1531]

    [7]

    Flamant C, Pelon J, Flamant P H, Durand P 1997 Boundary-Layer Meteorol. 83 247

    [8]

    Di H G, Hua D X, Wang Y F, Yan Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 094215 (in Chinese) [狄慧鸽, 华灯鑫, 王玉峰, 闫庆 2013 物理学报 62 094215]

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-12
  • 修回日期:  2014-07-01
  • 刊出日期:  2014-12-05

多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析

  • 1. 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61308107)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20126118120003)和陕西省自然科学基金(批准号: 2012JQ5002)资助的课题.

摘要: 设计和构建了波长为355, 532和1064 nm的多波长米散射激光雷达系统, 并研究了多波长激光雷达信号数据处理和反演算法, 实现了对地表气溶胶的探测; 利用该激光雷达对2013年冬季西安市上空大气进行了探测, 研究分析了雾霾天、晴天和有云天气的混合层高度、气溶胶消光特征和粒径分布特征. 分析比较了不同波长探测到的混合层高度变化情况. 在雾霾天, 大气混合层高度与晴天和有云天相比明显偏低, 在0.4 km附近, 而晴天的混合层高度有0.5–0.8 km. 利用长波(1064 nm/532 nm)段和短波(532 nm/355 nm)段两个Ångström指数分析了不同天气情况下的粒径分布特征. 对于近地层气溶胶, 雾霾天的长波Ångström (1064/532)指数小于短波Ångström (532/355)指数, 而晴天与之相反, 说明在近地层雾霾有污染的大气中, 存在有较多的粗粒子. 在云层中, Ångström指数明显减小, 并且出现负值, 说明云粒子半径比较大.

English Abstract

参考文献 (8)

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