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利用CCD和后向散射激光雷达精确探测近地面气溶胶消光系数廓线

陶宗明 施奇兵 谢晨波 刘东 张帅

陶宗明, 施奇兵, 谢晨波, 刘东, 张帅. 利用CCD和后向散射激光雷达精确探测近地面气溶胶消光系数廓线[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 43-49. doi: 10.3788/IRLA201948.S106007
引用本文: 陶宗明, 施奇兵, 谢晨波, 刘东, 张帅. 利用CCD和后向散射激光雷达精确探测近地面气溶胶消光系数廓线[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 43-49. doi: 10.3788/IRLA201948.S106007
Tao Zongming, Shi Qibing, Xie Chenbo, Liu Dong, Zhang Shuai. Precise detection of near ground aerosol extinction coefficient profile based on CCD and backscattering lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(S1): 43-49. doi: 10.3788/IRLA201948.S106007
Citation: Tao Zongming, Shi Qibing, Xie Chenbo, Liu Dong, Zhang Shuai. Precise detection of near ground aerosol extinction coefficient profile based on CCD and backscattering lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(S1): 43-49. doi: 10.3788/IRLA201948.S106007

利用CCD和后向散射激光雷达精确探测近地面气溶胶消光系数廓线

doi: 10.3788/IRLA201948.S106007
基金项目: 

国家自然科学基金(41475025)

详细信息
    作者简介:

    陶宗明(1962-),男,教授,博士,主要从事激光雷达研制和激光雷达大气探测方面的研究。Email:zmtao@aiofm.ac.cn

  • 中图分类号: TN958.98;P407.5

Precise detection of near ground aerosol extinction coefficient profile based on CCD and backscattering lidar

  • 摘要: 大气气溶胶主要分布在边界层内,是大气污染的主要来源,精确探测其在空间的分布(特别是近地面层),具有重要的应用价值。后向散射激光雷达是探测大气气溶胶消光系数廓线的有力工具,但由于盲区和过渡区的存在,后向散射激光雷达在近距离处探测不到信号或信号较弱。把CCD探测与后向散射激光雷达(包括米散射和拉曼散射)联合在一起,就可以克服上述困难,同时通过增加拉曼通道,实现了大气气溶胶消光后向散射系数比(又称激光雷达比)的精确测量。为了验证CCD探测结果的正确性,对CCD不同位置距离间的探测结果进行了比对、CCD镜头不同焦距间的探测结果进行了比对,约在1.2 km高度以下,两者气溶胶消光系数的相对偏差都小于3%,表明两台CCD的探测结果一致性很好。探测个例表明近地面的气溶胶消光系数在空间上随高度分布是不均匀的;在时间方面有时随时间增加而增加、有时随时间增加而减少。
  • [1] Shen Shaohua. The radiative heating characteristics in the cloudy and aerosol-laden atmospheres[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 1991, 15(6):89-98. (in Chinese)
    [2] Shi Guangyu, Wang Biao, Zhang Hua, et al. The radiative and climatic effects of atmospheric aerosols[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2008, 32(4):826-840. (in Chinese)
    [3] Di Huige, Hou Xiaolong, Zhao Hu, et al. Detections and analyses of aerosol optical properties under different weather conditions using multi-wavelength Mie lidar[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(24):244206. (in Chinese)
    [4] Deng Pan, Zhang Tianshu, Chen Wei, et al. Estimating noise scale factor and SNR of atmospheric lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(S1):S130003. (in Chinese)
    [5] Tao Zongming, Ma Xiaomin, Liu Dong, et al. The statistical distribution of PM2.5 mass concentration profiles at west suburb of Hefei city in 2014[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(6):0601001. (in Chinese)
    [6] Wang Shaolin, Xie Pinhua, Hu Shunxing, et al. Measurement of atmospheric boundary layer pollutants by mobile lidar in Beijing[J]. Chinese Journal of Environmental Science, 2008, 29(3):562-568. (in Chinese)
    [7] Winker D M, Pelon J, McCormick M P. The CALIPSO mission:Spaceborne lidar for observation of aerosol and cloud[C]//SPIE, 2003, 4893:1-11.
    [8] Ma Yingying, Gong Wei, Zhu Zhongmin. Aerosol optical characteristics in South east China determined using spaceborne lidar[J]. Journal of Remote Sensing, 2009, 13(4):707-714.
    [9] Zhao Ming, Xie Chenbo, Zhong Zhiqing, et al. High spectral resolution lidar for measuring atmospheric transmission[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(S1):S130002. (in Chinese)
    [10] Bernes J E, Parikh Sharma N C, Kaplan T B. Atmospheric aerosol profiling with a bistatic imaging lidar system[J]. Applied Optics, 2007, 46(15):2922-2929.
    [11] Meng Xiangqian, Hu Shunxing, Wang Zhenzhu, et al. Vertical distribution of aerosol extinction coefficient detection in boundary layer using CCD lidar[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(8):0801003. (in Chinese)
    [12] Tao Z, Liu D, Wang Z, et al. Measurements of aerosol phase function and vertical backscattering coefficient using a charge-coupled device side-scatter lidar[J]. Optics Express, 2014, 22(1):1127-1134.
    [13] Ma Xiaomin, Tao Zongming, Zhang Lulu, et al. Ground layer aerosol detection technology during daytime Based on side-scattering Lidar[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(4):0401005. (in Chinese)
    [14] Bian Yuxuan, Zhao Chunshen, Xu Wanyun, et al. Method to retrieve the nocturnal aerosol optical depth with a CCD laser aerosol detective system[J]. Optics Letters, 2017, 43(22):4607-4610.
    [15] Tao Zongming, Shan Huihui, Zhang Hui, et al. Development of lidar system based on one wavelength emission and five channel receiver[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(10):1030002. (in Chinese)
    [16] Wang Shaolin, Cao Kaifa, Hu Shunxing, et al. Analysis and determination of lidar geometrical factor[J]. Laser Technology, 2008, 32(2):147-150. (in Chinese)
    [17] Wang Z, Tao Z, Liu D, et al. New experimental method for lidar overlap factor using a CCD side-scatter technique[J]. Optics Letters, 2015, 40(8):1749-1952.
    [18] Hu Shunxing, Wang Xiaobin, Wu Yonghua, et al. Geometric form factor determination with Raman backscattering signals[J]. Optics Letters, 2005, 30(14):1879-1881.
  • [1] 狄慧鸽, 华灯鑫.  底层大气探测激光雷达国内研究现状与进展(特邀) . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20210032-1-20210032-10. doi: 10.3788/IRLA20210032
    [2] 赵曰峰, 高静, 潘杰, 王旭, 张玉容, 李辉, 王艳琪, 段孟君, 岳伟伟, 蔡阳健, 许化强, 王晶晶.  基于激光雷达的区域大气颗粒物探测 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200324-20200324. doi: 10.3788/IRLA20200324
    [3] 张芳, 陈双远, 齐琳琳, 韩成鸣, 曾丽, 许方宇.  国内典型天文台站大气红外背景辐射实测分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1203010-1203010(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1203010
    [4] 滕曼, 庄鹏, 张站业, 李路, 姚雅伟.  大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 706001-0706001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0706001
    [5] 郑永超, 王玉诏, 岳春宇.  天基大气环境观测激光雷达技术和应用发展研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 302002-0302002(14). doi: 10.3788/IRLA201847.0302002
    [6] 尚震, 谢晨波, 王邦新, 谭敏, 钟志庆, 王珍珠, 刘东, 王英俭.  纯转动拉曼激光雷达探测北京地区近地面大气温度 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1030001-1030001(8). doi: 10.3788/IRLA201764.1030001
    [7] 邓潘, 张天舒, 陈卫, 刘洋.  合肥上空中层大气密度和温度的激光雷达探测 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 730003-0730003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0730003
    [8] 鲁先洋, 李学彬, 秦武斌, 朱文越, 徐青山.  海洋大气气溶胶粒子谱分布及其消光特征分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1211002-1211002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.1211002
    [9] 孙国栋, 秦来安, 程知, 何枫, 侯再红.  成像激光雷达测量大气能见度实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1030003-1030003(9). doi: 10.3788/IRLA201766.1030003
    [10] 陶宗明, 单会会, 张辉, 张连庆, 王申浩, 麻晓敏, 周浦城, 姚翎, 薛模根, 王邦新, 谢晨波, 刘东, 王英俭.  单波长发射五通道接收激光雷达系统研制 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1030002-1030002(7). doi: 10.3788/IRLA201765.1030002
    [11] 邓潘, 张天舒, 刘建国, 刘洋, 董云升, 范广强.  532 nm和355 nm瑞利激光雷达观测中层大气的数据对比分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(S2): 19-25. doi: 10.3788/IRLA201645.S230001
    [12] 周颖捷, 周安然, 孙东松, 强希文, 封双连.  差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1130001-1130001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1130001
    [13] 邓潘, 张天舒, 陈卫, 刘建国, 刘洋.  大气探测激光雷达噪声比例因子及信噪比的估算 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 81-86. doi: 10.3788/IRLA201645.S130003
    [14] 王利国, 吴振森, 王明军, 王万君, 张耿.  湍流大气中部分相干光二阶统计特性的三参数模型及其应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 317-320.
    [15] 宗飞, 张志刚, 王柯, 霍文, 胡月宏, 常金勇, 强希文.  新疆戈壁地区近湖面大气湍流强度测量与分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 104-108.
    [16] 张洪建, 韦宏艳, 贾锐, 程玲.  斜程大气湍流中成像系统分辨率的影响因素研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1569-1573.
    [17] 曹开法, 黄见, 胡顺星.  边界层臭氧差分吸收激光雷达 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2912-2917.
    [18] 孙刚, 翁宁泉, 张彩云, 高慧, 吴毅.  基于NOAA模式的典型地区大气湍流高度分布 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 388-393.
    [19] 戴聪明, 魏合理, 陈秀红.  通用大气辐射传输软件(CART)大气散射辐射计算精度验证 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1575-1581.
    [20] 熊兴隆, 蒋立辉, 冯帅.  Mie散射激光雷达回波信号处理方法 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 89-95.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-01
  • 修回日期:  2018-12-14
  • 刊出日期:  2019-04-25

利用CCD和后向散射激光雷达精确探测近地面气溶胶消光系数廓线

doi: 10.3788/IRLA201948.S106007
    作者简介:

    陶宗明(1962-),男,教授,博士,主要从事激光雷达研制和激光雷达大气探测方面的研究。Email:zmtao@aiofm.ac.cn

基金项目:

国家自然科学基金(41475025)

  • 中图分类号: TN958.98;P407.5

摘要: 大气气溶胶主要分布在边界层内,是大气污染的主要来源,精确探测其在空间的分布(特别是近地面层),具有重要的应用价值。后向散射激光雷达是探测大气气溶胶消光系数廓线的有力工具,但由于盲区和过渡区的存在,后向散射激光雷达在近距离处探测不到信号或信号较弱。把CCD探测与后向散射激光雷达(包括米散射和拉曼散射)联合在一起,就可以克服上述困难,同时通过增加拉曼通道,实现了大气气溶胶消光后向散射系数比(又称激光雷达比)的精确测量。为了验证CCD探测结果的正确性,对CCD不同位置距离间的探测结果进行了比对、CCD镜头不同焦距间的探测结果进行了比对,约在1.2 km高度以下,两者气溶胶消光系数的相对偏差都小于3%,表明两台CCD的探测结果一致性很好。探测个例表明近地面的气溶胶消光系数在空间上随高度分布是不均匀的;在时间方面有时随时间增加而增加、有时随时间增加而减少。

English Abstract

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