文档介绍：南京信息工程大学
激光雷达探测气溶胶实验报告
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学院：物理与光电工程学院
专业：光信息科学与技术
二O—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内国际的关注，沙尘暴已成为一个重要的地球环境问题。但地面探测仪如太阳光度计、粒子取样计等仪器还无法实现对气溶胶时空分布的剖面极其输送特性的实时探测，也很难实现长期观测。而利用米散射激光雷达实际探测沙尘气候，判断沙尘的相对浓度分布，为利用激光雷达技术进一步研究沙尘的发生及输送规律等奠定基础。
2气溶胶消光系数的反演算法
激光雷达接受的高度z处的大气后向散射回波信号能量P(Z)由激光雷达方程决定：
P(z)=1：=-：::3二［-二::':二
式中人为错误!未找到引用源。激光发射的功率，C为激光雷达系统常数，z为探测距离,
1-和二=错误!未找到引用源。分别为高度z处大气总的后向散射系数和消光系数。
在利用激光雷达信号反演大气消光系数的算法中，比较常用的有Klett法和Fernaid法，对一般大气环境，常采用Klett法反演大气消光系数。Klett法中假设气溶胶后向散射系数2错误!未找到引用源。和消光系数二错误!未找到引用源。之间存在如下指数关系:其中，B和k与激光雷达波长以及气溶胶粒子的性质和尺度谱分布有关，-，取k=l,令S=1/B，则有错误!未找到引用源。=S,S称为激光雷达比,这里假设S=40sr。
设激光雷达回波信号的距离平方修正函数为:
D(z)=P(z)-
若事先已知某一边界值高度二址大气总的消光系数二::或后向散射系数X错误!未找到引用源。贝y
无处以■下各高度上的气溶胶粒子消光系数就民）或后向散射系数分别为；错误!未找到引用源。
式中二：二#口7：：二错误!未找到引用源。分别为大气分子消光系数和后向散射系数。
上两式中，高度z处的大气分子消光系数一：:和后向散射系数二：=可以通过美国标准大气模型获得。如果测量高度较高，可选取一段近乎不含气溶胶粒子的清洁大气层，在这段高度范围内，对激光雷达距离校正对数回波信号进行最小二乘拟合，根据Collis的斜率法可知，该回归曲线斜率的一半为大气分子的消光系数，从而得到大气分子的消光系数高度分布模型珀：:。这种取值方法更加切合当时的大气状况，取其中某一高度作为边界值高度：，此