机载高光谱分辨率激光雷达探测大气气溶胶研究

发布时间：2025-05-20 06:55

　　气溶胶只占大气的很小一部分,但却对大气变化、气候变化、人类健康等方面产生重要影响。因此,对气溶胶进行高时空分辨率、高精度、实时的观测十分重要。在众多的气溶胶观测仪器中,激光雷达作为主动遥感测量工具,因其在单色性、方向性、相干性和亮度等方面的独特优势而被快速发展,其高时空和垂直剖面测量特性也使激光雷达在环境探测、大气监测等领域被广泛应用。高光谱分辨率激光雷达（High Spectral Resolution Lidar,HSRL）相较于传统的米散射激光雷达,通过窄带光学滤波器将分子瑞利散射信号和气溶胶米散射信号分离开,可以在不需要假设激光雷达比的情况下直接反演气溶胶的后向散射系数、消光系数等光学参数,提高了反演气溶胶光学参数的精度。本文基于一套研制的碘分子滤波器HSRL系统,实现了大气气溶胶的高精度探测,并将该套系统应用于机载高空探测,进行大范围多区域的连续观测。本文在整套系统搭建装校完成后,首先对HSRL系统进行地面验证实验,利用一台微脉冲激光雷达与其同时观测进行对比验证工作。结果显示,在MPL无法穿透3km高度云层的情况下,HSRL系统能够轻松探测到3km的两层云结构后,继续向上进行更...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1 基于碘分子滤波器的HSRL接收系统原理示意图

机载HSRL系统的主要指标参数如表1所示,其接收系统原理示意图如图1所示。该套系统的激光器利用碘分子1110吸收线与频率调制光谱技术实现1064nm种子光的稳频,倍频后稳定输出在碘分子1110吸收线上波长为532.245nm的脉冲光[14]。接收系统设计三个探测通道(波长为5....

图2 2019年3月4日的飞行轨迹和飞行高度。(a)飞行轨迹;(b)飞行高度

选取2019年3月4日飞行高度为4km的实验数据进行分析。图2是当天的飞行轨迹和对应时间的飞行高度,筛选出10:45—13:35平飞阶段的数据,从左上至右下,利用虚线将地表类型大致分为山区(mountain)、城镇(town)和海洋(ocean)。同时,用字母标注出山区、城镇、....

图3 2019年3月4日飞行轨迹上气溶胶的后向散射系数

根据筛选的数据计算出气溶胶的后向散射系数、消光系数等气溶胶光学参数,按时间顺序作出相应的剖面图,如图3和图4所示,图3为气溶胶的后向散射系数剖面图,图4为消光系数剖面图。计算后向散射系数时,在水平方向上每118个脉冲平均一次,而计算消光系数时则是每2360个脉冲平均一次。结合飞机....

图4 2019年3月4日飞行轨迹上气溶胶的消光系数

图32019年3月4日飞行轨迹上气溶胶的后向散射系数图5是利用反演的消光系数廓线计算得到的气溶胶光学厚度(AOD)。受限于飞机的飞行高度,同时考虑到AOD的主要贡献来自近地表低层,所以在用机载数据计算AOD时,计算的是地面至3km高度这一区间的光学厚度。从图5中可以明显地看出....

本文编号：4047024