文档介绍：微脉冲激光雷达在气溶胶监测上的应用
摘要随着经济的快速发展，人们赖以生存的大气圈，尤其是城市上空的大气环境 里存在的气溶胶颗粒，极大地影响了环境质量，危害着人类健康。因此通过对气 溶胶的监测和分析，可以使人们加深对污染产生机制的理解。本文度量，它同时是一种指数，反映了该因子在潜在气候变化机制中的重要性。 正强迫使地球表面增暖，负强迫则使其降冷。
人类活动导致大气中气溶胶浓度不断升高，一方面导致大气对太阳光散射作 用增强，反照率增加，产生负的辐射强迫；另一方面吸收太阳辐射，产生正的辐 射强迫。大气中气溶胶通过直接和间接辐射强迫两种方式影响全球气候，对全球 气候变化产生重大影响。
4、
上海位于中国东部的长江口，是一个发展迅速的国际都市。但是近年来，由 于工业和社会的发展，上海面临着严重空气污染问题的挑战。由于细粒子污染对 人体健康造成了严重影响，。
：
（1） 以煤为燃料的火电厂的烟气排放；
（2） 重型运输车辆的尾气排放等。
， 及成分的影响十分明显。但上海区域属于季风性气候，因而从各固定污染源排出 的大气污染物对各个监测点的影响大小有时呈现出较明显的季节差异。
气溶胶虽然在大气中的含量很低，但是却扮演着十分重要的角色。因而采用 必要的观测手段对气溶胶进行监测，有着很重要的意义。由美国Sigma Space Corporation生产的微脉冲激光雷达（MPL）可进行大气中气溶胶的监测。
二、微脉冲激光雷达
1、微脉冲激光雷达概述
1993年提出了一种新型的激光雷达一微脉冲激光雷达（micro pulse lidar， MPL）的概念［1］。微脉冲激光雷达向大气中发射激光信号，然后分析激光的回波 信号，从而得到大气的物理特征。激光雷达所接收的激光大气回波，包含了大气 散射光的光强、频率、相位和偏振等多种信息。利用这些丰富的激光大气回波信 息，可以探测多种大气物理要素。激光波长位于光波段，典型值为1〃m左右， 而烟、尘等大气气溶胶粒子的尺度和激光波长相当，再加上光电探测器的探测灵 敏度较高，因而激光探测烟、尘等微粒具有很高的探测灵敏度。
微脉冲激光雷达的优点：
、连续工作时间长。微脉冲激光雷达应用固态二极管激光器，从而使得 微脉冲激光雷达的工作寿命远远超过普通激光雷达，一年只需进行两次维护即可 保持长时间运行。此外，微脉冲激光雷达系统也包含了高效率的量子化滤噪光子 计数设备。
、脉冲能量低，发射能量对人体安全。低的脉冲能量以高的重复频率透 过一个收发共享的卡塞格林望远镜片，微脉冲激光雷达的发射能量只有几p J， 这样不仅可以提高监视仪器运转的安全性，确保系统的稳定性，还使仪器的自动 运行成功实现。
、结构紧凑。因而微脉冲激光雷达可以观测任意天顶角，也可以像常规 垂直探测一样方便地做到水平和倾斜探测。
(r)4V)(r)C^ (M J+n (r)+n (r)] / 啊]
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激光雷达方程式可以很好地说明微脉冲激光雷达的原理:
ap
n
r
其中七(r)是雷达探测器接收的光电子数；Oc (r)是填充订正函数；C是系统 常数；E是发射激光脉冲能量；。(r)是气溶胶和大气总的后向散射系数；T2为 大气透过率；r是探测体与接收器望远镜之间的距离；nb(r)是背景噪音；气「(r) 是探测器后脉冲订正函数；DIn(r)］是探测器dead time订正函数。
2、微脉冲激光雷达结构
微脉冲激光雷达由4个部分组成：激光发射系统、光学收发天线、探测器和 数据采集系统。
微脉冲激光雷达的构造示意图
MPL的发射接收处理器被放置在一个恒温室中，天线装置是一个直径20cm 的卡塞格林望远镜，光电计数器直接装在望远镜的下方。激光发射器和计数器连 接到发射接收器上，另一端连在计算机上。
3、微脉冲激光雷达应用及发展
微脉冲激光雷达能够按照需要采取任意角度工作来获取大气参数。常规是采 取垂直和水平两种方式采集数据，可获得垂直方向大气气溶胶的分布、变化廓线， 云的变化，水平方向的能见度和气溶胶、污染物分布等。因而可用于以下测量实 例：
、 雷达接收信号受大气状况和天气影响比较明显，但也正是因为这样， 激光雷达才能够对大气气溶胶的变化进行监测。从原始接收信号可以直接得到云 的变化，大的大气结构的分布等。
、 能见度的测量计算。激光雷达测量能见度的最大的优点在于，可以逐 段逐段的利用斜率法求取能见度，再作累计平均，可以得到整个水平方向非常精