激光雷达探测气溶胶实验报告.doc

南京信息工程大学激光雷达探测气溶胶实验报告姓名:周标学号: 20121359069 学院:物理与光电工程学院专业:光信息科学与技术二〇一四年十二月十二日摘要: 大气气溶胶影响着天气和气候的变化, 通过用激光雷达对水平大气中的气溶胶进行连续观测, 得到大气气溶胶浓度的高度分布数据,用 Klett 法反演和斜率法得到了气溶胶消光系数数值并利用 MATLAB 程序用计算机对所得实验数据快速方便地直接得出出测量结果和图示。关键词: 气溶胶;激光雷达;探测; Klett 反演算法;斜率法;消光系数; MATLAB 前言大气气溶胶是指悬浮在大气中直径为 — 100 μm 的液体或固体微粒体系。对流层气溶胶的形成与地球表面的生态环境和人类活动直接相关。地面扬尘、沙尘暴、林火烟灰、花粉与种子、海水溅沫等是对流层气溶胶的自然源, 人工源则是由工业、交通、农业、建筑等直接向对流层中排放的气溶胶粒子。同时, 对流层大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子, 如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等通过气粒转化生成气溶胶粒子。这些气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射而影响着地球大气系统的辐射收支, 它作为凝结核参与云的形成, 从而对局地、区域乃至全球的气候有着重要的影响。对流层气溶胶粒子对激光的吸收和散射作用使它成为激光大气传输的重要消光因子。激光雷达为大气气溶胶探测研究提供了有力的工具。数十年来, 激光技术的不断发展为激光雷达大气气溶胶探测提供了所需要的光源。另一方面, 信号探测和数据采集及其控制技术的发展使激光雷达在大气气溶胶的探测高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有全面的优势, 是其它探测手段不能比拟的。本文介绍该激光雷达的总体结构、技术参数及其工作原理, 同时给出了大气气溶胶的垂直消光系数廓线以及典型测量结果的分析和讨论。 1 ,研究的目的大气中, 尘埃、烟雾、云团等气溶胶粒子对大气的化学过程、辐射平衡、气候变化乃至人们的日常生活都有着非常重要的影响。因此, 对大气气溶胶粒子的光学特性的探测研究一直是大气科学、气象探测和环境保护的一项重要任务。近年来, 中国经济的飞速发展已受到全世界的关注。然而, 这种快速的经济增长也伴随着社会体系的变革,高度的工业化和城市化造成许多气溶胶粒子和温室气体被排放到大气, 带来了一系列的环境问题, 对可持续发展有着严重的负面影响, 同时对人们的日常生活和身体健康存在着严重的威胁。如何获取环境变化的第一手资料, 准确地提供大气物性及其变化趋势,是当前环境测量领域的一项迫切任务。激光雷达作为一种主动遥感探测工具, 已广发用于大气气溶胶辐射效应、大气环境等研究领域。在其探测高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有的独到优势, 是其他探测手段不能比的。利用激光雷达探测城区对流层气溶胶工作已在我国北京、合肥、苏州、西藏那曲等部分地区开展, 然而环境监测的数据信息还远远不够, 对我国的大气环境状况的评估需要大量的气溶胶监测数据的支撑。如西部地区特殊的地理位置和气候条件及进来的高度的经济发展状况, 造成大气中的气溶胶粒子含量较高, 空气污染较为严重。对西部地区上空开展气溶胶时空分布探测及其输送特性研究, 一直是气象、环保部门所关注的研究课题。特别是起源于我国北方地区频繁发生的沙尘暴事件已引起国