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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

激光雷達的研究起源于上世紀60年代末，起初主要用于軍1用領域，自1995年正式實現商業化之后，在測繪、資源勘探等領域發揮了越來越多的作用，在盛行的“黑科技”無人駕駛技術的開發上，激光雷達更是核心技術之一。隨著技術的發展和完善，激光雷達的應用范圍也越來越廣，其中環境監測領域就是很重要的一個方面，可以用來測量顆粒物、臭氧、溫度和濕度的變化等等。

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用激光器作為輻射源的雷達。激光雷達是激光技術與雷達技術相結合的產物 。由發射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發射機是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器等；天線是光學望遠鏡；接收機采用各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等。激光雷達采用脈沖或連續波2種工作方式，探測方法分直接探測與外差探測。　

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化學戰劑探測拉曼氣溶膠激光雷達

傳統的化學戰劑探測裝置由士兵肩負，一邊探測一邊前進，探測速度慢，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，可以實時地遠距離探測化學毒劑攻擊，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參數，并可通過無線電通道或有線線路向部1隊自動控制系統發出報警信號，比傳統探測前進了一大步。

德國研制成功的VTB―1型遙測化學戰劑傳感器技術更加先進，它使用兩臺9― 11微米、可在40個頻率上調節的連續波CO2激光器，利用微分吸收光譜學原理遙測化學戰劑，既安全又準確。

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