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拉曼氣溶膠激光雷達探測

針對全球范圍內大氣參數實時監測技術需求，以地表30千米內與人類活動密切相關的大氣空間為探測對象，依據大氣分子的拉曼散射原理，開展具有自主知識產權的紫外域波長激光雷達探測大氣水汽、溫度和氣溶膠特性的系統及實驗研究，主要涉及拉曼激光雷達系統探測技術、微弱信號提取技術與方法、大動態范圍的數據拼接與校正技術、多參量并行精細探測及反演技術和模塊化系統集成技術與對比實驗研究等多學科交叉技術。結合多年來研究大氣水汽和溫度拉曼激光雷達技術的積累，研制了以特殊分色1片和窄帶干涉濾光片為核心的拉曼分光系統，實現了大氣分子的振動和轉動拉曼信號的精細提取技術，構建了拉曼激光雷達系統，實現了對大氣水汽、溫度與氣溶膠廓線的精細探測。長期實驗探測性能穩定，可靠性高，可作為區域性大氣和空間環境地基激光雷達監測基地繼續開展長期觀測實驗研究。

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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和微物理參數進行實時連續監測,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觀測,建立了光學參數的自動算法[1,2],并在此基礎上提出了環境氣溶膠微物理參數的3波段Raman激光雷達反演算法[3,4]。實現了對北京上空氣溶膠光學和微物理參數垂直分布的實時監測反演。2016年12月至今,在北京大學(39.99N,116.31E)校內樓頂,利用北京大學環境科學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后向散射系數及355nm消光系數的自動反演算法,得到了北京地區上空氣溶膠光學特征。根據6S輻射傳輸模式中氣溶膠模型,假設北京上空氣溶膠由黑炭型(Soot)、可溶型(Water Soluble)和沙塵型(Dust)組合構成,各類型氣溶膠均假設為對數正態分布;利用T-matrix米散射模型,計算三種氣溶膠的光學參數(355、532和1064nm后向散射系數和355nm消光系數)制作查算表,查算表變量包括三種氣溶膠數濃度(N1,N2,N3)和可溶性氣溶膠中心粒徑(rg)。對比光學參數的觀測值和模擬值,得到三種氣溶膠數濃度和可溶型氣溶膠中心粒徑的優解,進而計算氣溶膠微物理參數(有效半徑、表面積濃度、體積濃度和復折射指數),個例和統計分析表明結果合理。

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拉曼氣溶膠激光雷達軍事

激光掃描方法不僅是軍內獲取三維地理信息的主要途徑，而且通過該途徑獲取的數據成果也被廣泛應用于資源勘探、城市規劃、農業開發、水利工程、土地利用、環境監測、交通通訊、防震減災及國家重點建設項目等方面，為國民經濟、社會發展和科學研究提供了極為重要的原始資料，并取得了顯著的經濟效益，展示出良好的應用前景。低機載LIDAR地面三維數據獲取方法與傳統的測量方法相比，具有生產數據外業成本低及后處理成本的優點。目前，廣大用戶急需低成本、高密集、快速度、的數字高程數據或數字表面數據，機載LIDAR技術正好滿足這個需求，因而它成為各種測量應用中深受歡迎的一個高新技術。

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