多波段拉曼激光雷达大气气溶胶光学参量的精细探测技术研究

摘要

气溶胶是影响地球环境气候以及大气辐射特性的重要物质，它的光学参量如消光系数、后向散射系数和雷达比对于分析大气中气溶胶的粒径大小、种类、微物理参量以及研究气溶胶的溶胶的散射特性具有非常重要的意义。拉曼激光雷达因其探测系统分光结构容易实现，并且不需假定雷达比即可得到光学参量的优点而被许多研究人员用大于大探测。 论文针对振动拉曼散射激光雷达探测技术展开研究，根据振动拉曼散射光谱特征，研究了紫外光和可见光波段的拉曼激光雷达探测技术。根据振动拉曼激光雷达探测气溶胶的原理，研究了消光系数和后向散射系数反演算法。利用模拟噪声信号分析了系统噪声对反演结果的影响，讨论了系统常数变化对后向散射系数和雷达比的影响。提出了适用于低能见度探测的系统常数标定方法。 设计并搭建了355nm，387nm，532nm，607nm和1064nm五个通道的多波段拉曼激光雷达实验系统，对分光系统的光学参数进行了测试，利用高空探测信号对实验系统的系统常数进行了标定，推导得出了在纯净天，轻度污染，重度污染等不同实验状态F的系统常数，并用于后向散射系数的反演；利用该激光雷达系统对西安上空的气溶胶开展了实验观测，根据拉曼反演方法得到了355nm和532nm两个波长的气溶胶后向散射系数廓线、消光系数廓线、并进一步得到了雷达比廓线和色比廓线，同时利用Fernald法反演得到了1064nm的后向散射系数廓线。将拉曼激光雷达和太阳光度计的雷达数据进行了比对分析，验证了拉曼探测方法的可靠性。利用该激光雷达对不同气象条件（雾霾、有云天、晴天）下的气溶胶光学参量进行了探测，得到了不同情况下的光学参量变化特征。对日间大气气溶胶光学参量进行了观测，得到了低空白天气溶胶的光学参量数据。利用长时间探测得到的气溶胶散射信号，绘制了气溶胶后向散射系数颜色比的时间分布变化图，分析了不同污染情况下气溶胶变化过程。

目录

英文摘呀

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 论文主要工作内容

2拉曼激光雷达精细探测气溶胶光学参量方法

2.1 拉曼散射激光雷达探测原理

2.2拉曼激光雷达反演气溶胶光学参量的方法

2.2.1 光学参量求解中噪声的影响与分析

2.2.2 系统常数对后向散射系数反演误差影响分析

2.3 米散射反演气溶胶后向散射系数

2.4 色比

2.5 本章小结

3 多波长拉曼激光雷达实验系统

3.1 系统概述

3.1.1 激光发射系统

3.1.2 望远镜接收系统与分光系统

3.1.3 光电探测器

3.2分光器件性能测试与标定

3.3 系统信噪比分析

3.4 本章小结

4 多波长拉曼激光雷达大气气溶胶实验探测

4.1 多波长拉曼激光雷达实验系统

4.2 系统常数标定

4.2.1 532nm/607nm通道系统常数标定

4.2.2 355nm/387nm通道系统常数标定

4.2.3 不同状态下系统常数的标定

4.3大气气溶胶光学参量实验探测典型实例分析

4.3.1气溶胶实验探测典型实例分析1——晴天

4.3.2气溶胶实验探测典型实例分析2——有云天

4.3.3气溶胶实验探测典型实例分析3——雾霾天

4.4日间大气气溶胶光学参量实验探测与分析

4.4.1日间实验探测实例分析1

4.4.2日间实验探测实例分析2

4.5 激光雷达数据与太阳光度计对比实例分析

4.6大气气溶胶光学参量长时间探测实例分析

4.6.1气溶胶长时间探测实例分析1——纯净天

4.6.2气溶胶长时间探测实例分析2——重度污染天

4.7雷达比统计分析

4.8本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果