侧向散射激光雷达反演气溶胶后向散射系数误差分析

气溶胶的光学特性是大气探测的一个重要部分,侧向散射激光雷达很适合于探测近地面大气气溶胶光学特性。在侧向散射激光雷达的反演公式中,气溶胶后向散射系数对各直接测量量偏导数的解析表达式是求不出的,传统的误差传递公式难以发挥作用。而直接误差传递的方法,适应于这种情况。用直接误差传递方法估算参考点气溶胶后向散射系数、大气后向散射系数、气溶胶消光后向散射系数比、测量信号、大气分子和气溶胶比相函数分别独立变化时引起后向散射系数误差的大小及总误差的大小。     

基于CALIPSO和转动拉曼-米散射激光雷达研究北京地区大气气溶胶特性

为提高大气气溶胶参数反演结果的准确性,结合实验室研制的转动拉曼-米散射激光雷达和NASA的CALIPSO,仅用2个激光雷达的弹性后向散射信号,无需对激光雷达比进行假设,反演出了2012年春季北京上空晴天、雨后、阴霾天气的气溶胶光学参数的垂直分布. 结果表明:此方法可有效地获取气溶胶消光系数和后向散射系数的垂直分布;气溶胶的消光系数值在阴霾天气最高,晴天次之,雨后最低.      

基于转动拉曼-米激光雷达拟合大气边界层内气溶胶光学厚度与PM2.5

提出一种利用转动拉曼-米散射激光雷达米弹性散射信号与转动拉曼散射信号比值来拟合大气边界层1 km以内气溶胶光学厚度与PM_2.5值的方法. 该方法消除了几何因子对近地面探测过渡区所带来的误差,而且消除了近地面大气湿度的影响,能够获得高精度的气溶胶后向散射系数,并在此基础上推导了气溶胶光学厚度（AOD）的计算方法,最后利用实验室转动拉曼-米激光雷达系统测量的2013年北京地区气溶胶数据,拟合获得了2013年北京地区冬夏两季AOD-PM_2.5经验公式.      

地基离轴拉曼-米激光雷达几何因子校正

提出一种提高地基离轴拉曼-米激光雷达系统几何因子校准精度的纯气溶胶校正算法.理论分析了算法的解析表达式和误差影响因素,并与Raman-Klett迭代校正算法进行了对比分析.实验表明算法对激光雷达比估计误差具有不敏感特性.同时讨论了算法得到的几何因子廓线对反演气溶胶消光系数的影响,结果表明在同等激光雷达比估计误差下,纯气溶胶校正算法比Raman-Klett迭代校正算法反演得到的几何因子廓线精度高约2倍以上,并能更好地体现与人类活动密切相关的近地面气溶胶分布情况.      

大气气溶胶光学参数的高光谱分辨率激光雷达探测研究

系统地介绍了国内第一台基于碘吸收滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统,及有关的数据处理和测量结果．该系统以种子激光注入的窄带Nd：YAG激光器作为发射光源,利用碘吸收滤波器作为高光谱分辨率滤光器件,将接收到的激光后向散射信号分成能量监测和光谱监测两个探测通道,实现对大气气溶胶散射和分子散射的光谱分离．在没有其他假设、仅利用标准大气模型计算结果的情况下,直接测量得到气溶胶后向散射比、后向散射系数．与以往米散射激光雷达大气气溶胶参数提取方法如Klett方法相比,该测量方式无须激光雷达比即气溶胶消光系数对后向散射系数之比的假设．     

基于三波长激光雷达对强卷云后向散射系数波长关系研究

针对高层强卷云(532 nm波长上衰减的后向散射系数比大于20)在全球中出现的概率高达30%,影响地球-大气系统的辐射收支平衡问题. 提出了一种用衰减的后向散射系数颜色比估算后向散射系数颜色比的反演方法,并分析了其误差大小. 基于10个月在合肥西郊上空3波长(1 064,532和355 nm)激光雷达探测到的强卷云数据,得到强卷云的3个后向散射系数颜色比统计分布规律,以及后向散射系数波长指数. 计算结果表明:强卷云的后向散射系数波长指数不再是一个固定不变的常数,而是与波长有关的变量.      

激光雷达在大气探测中的应用浅析

激光雷达具有波束定向性强、探测波长短、能量密度高等特点,在大气探测中能够发挥空间分辨率高、探测灵敏度高等优点。文章分析了激光雷达大气探测的基本原理,介绍了激光雷达的类型,探讨了激光雷达在大气探测中的具体应用,并提出一些观点以供参考。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测, 研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处, 并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果, 表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关, 从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比, 结果与第一种方案一致, 表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测, 分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程, 将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较, 并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

激光雷达在大气探测中的应用研究进展

激光雷达具有高方向性、相干性、单色性以及体积小等特点,在大气探测、气象监测领域得到了广泛的应用。本文综述了激光雷达在大气探测中的最新研究进展和应用现状,认为激光雷达技术在该领域目前存在的主要问题是易受环境变化的影响,该技术未来将向着高精度、高性能和智能化方向发展。     

拉曼-米激光雷达测温通道残余几何因子修正

拉曼-米激光雷达高低阶拉曼通道的几何因子因不同通道光学器件和探测器的性能差异并非完全一致,会引入近地面温度测量误差,针对这一问题,提出一种修正测温通道残余几何因子的方法. 该方法首先通过探空温度和标定的归一化光谱透过率计算得到高低阶拉曼信号的有效微分散射截面之比,然后从拉曼信号比值中求解出残余几何因子廓线. 利用北京理工大学激光雷达实验室研制的转动拉曼-米激光雷达系统的探测数据,实验验证了该方法的有效性. 结果表明,该方法能较好地修正残余几何因子对温度探测的影响,显著提高近地面1.5 km探测高度内温度反演精度,有助于提高拉曼-米激光雷达对边界层大气的探测能力.      

多次后向散射激光雷达接收信号的解析计算

通过对多次后向散射激光雷达接收信号的各级散射的分析,在高次散射接收信号与单次散射接收信号之间建立了一个简单的比例关系,即它们的比值与总衰减系数成比例;用蒙特卡罗方法对激光雷达接收信号进行了模拟．结果显示,１,２,３次散射起主要作用,随着总衰减系数的增大,高次散射对激光雷达接收信号的作用也越来越强．     

水稻微波后向散射模型研究与计算

针对合成孔径雷达(SAR)的技术特点,以水稻为研究对象,从矢量辐射传输理论(VRT)出发,通过模拟水稻主要器官稻叶和稻杆对电磁波的散射、衰减作用等物理过程,建立了一套完整的水稻一次后向散射作用的物理模型,用以模拟水稻层的后向散射系数σ⁰,并根据模型模拟结果初步讨论了水稻后向散射系数随时相、入射角、波段和极化等因素的变化规律。     

长江口及邻近海域水体反射率的模拟

通过对2009年8月和11月水体光学特性的分析发现：长江口邻近海域夏秋两季反射光谱曲线由于悬浮泥沙、浮游植物以及黄色物质的影响呈现4种形状;叶绿素a浓度与浮游植物吸收系数可通过两种方式建立良好关系;将水体各组分光学特性参数化,并结合叶绿素a浓度与吸收系数的两种关系分别建立水体反射光谱参数模式,从而可以对水体遥感反射光谱进行模拟,模拟曲线的均方根误差分别为0.004 4和0.004 5.在模式的建立中,根据长江口海域水体组分浓度的分布状况,对悬浮泥沙浓度以及叶绿素a浓度进行分类,得到不同水体组分浓度下反射率光谱曲线;然后分别获得模式参数并进行模拟,得到的反射率模拟曲线与实测相对均方根误差为0.003 5,具有更高的模拟精度.     

应用积分浑浊度仪研究兰州城市冬季大气气溶胶

利用积分浑浊度仪监测得到的散射系数和多波段光度计观测资料分析了兰州冬季大气气溶胶的一个个例的散射光学特征.用散射系数计算了后向散射比、不对称因子、单次反照率、波长指数等重要的辐射参数,为气溶胶辐射强迫研究以及气溶胶辐射强迫参数化方案提供了基础资料.在此基础上建立了一种适合利用散射系数反演气溶胶细微粒子谱分布的方法.     

结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。     

用逆向蒙特卡罗法分析卫星遥感中的邻近效应

采用逆向蒙特卡罗法研究了邻近效应,提出了新的数值技巧来计算向上辐射强度组分(即程辐射强度、目标强度、地气交叉辐射)．给出了一个算例,并与6S模型的计算结果进行了比较．