激光雷达数据反演气溶胶后向散射比研究

摘要

随着人们生活水平的提高，人类的生存环境也越来越受到广泛的关注。气溶胶作为低空大气的重要组成部分，与大气干洁度和气候变化息息相关。严重的气溶胶污染会给人类的健康带来极大的危害。实时、多地、长期探测气溶胶的分布情况已成为我国必须攻克的难关。
　　激光雷达以其高时空分辨率、高灵敏度、精细探测等优点使得对大气气溶胶的研究有了突飞猛进的发展。本文主要是利用一套拉曼激光雷达系统对大气对流层的气溶胶进行实验分析，反演青岛上空大气气溶胶消光系数和气溶胶后向散射比。
　　文章详细介绍了国内外气溶胶激光雷达的发展情况，列举了目前世界上较为完善的气溶胶激光雷达网络的站点分布情况及其相关数据，重点分析了利用拉曼激光雷达探测气溶胶数据的历史和国内外发展现状以及国际上较为成熟的拉曼激光雷达产品。深入研究了大气分子和气溶胶散射机理尤其是拉曼散射的原理和特性。
　　在数据处理过程中分别利用Fernald方法和碘分子滤波高光谱法对2011年4月北京南郊的车载激光雷达实验数据进行反演，得到气溶胶后向散射比Rb值并讨论两种方法的优缺点。针对中国海洋大学研制的多普勒测风激光雷达的不足之处，提出了拉曼实时反演气溶胶后向散射比的方法。
　　文章分别从激光发射系统、信号接收系统和信息采集系统三个方面对拉曼激光雷达的实验系统进行了简单介绍，系统采用光栅分光器件来获取拉曼信号。实验结果表明，利用拉曼激光雷达反演气溶胶后向散射比的垂直廓线是可行的，直接求解法探测高度最高可达10km，并可用求导求解法获得气溶胶的消光系数、激光雷达比等参量。

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1 前言

1.1 大气气溶胶探测的意义

1.2 气溶胶激光雷达的国内外发展状况

1.3 研究内容概述

2 激光雷达原理

2.1 大气层结构与成分

2.2 激光与大气作用机制

3 基于多普勒激光雷达的气溶胶后向散射比的测量

3.1 多普勒激光雷达系统简介

3.2 Fernald法[42]反演气溶胶消光系数及后向散射比

3.3 碘分子滤波高光谱法反演气溶胶后向散射比

4 拉曼反演气溶胶后向散射比的方法

4.1 导数求解法

4.2 直接求解法

5 振动拉曼激光雷达系统

5.1 系统构成

5.2 系统实验测量

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果