Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Technology Innovation, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
2 Center of Medical Physics and Technology, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
As an extension of the Mie lidar technique to measure the extinction coefficient of the surface particles, a horizontally pointing Mie lidar is used for determining the optical properties of Asian dust, which is an approach without knowing the actual lidar ratio. A long lasting dust event is observed based on this approach in May 2014. The “no dust,” “pure dust,” and “polluted dust” stage is observed during this event, and their optical and hygroscopic properties are discussed. Some new optical and hygroscopic features are observed, which benefit from the quantitative, multi-wavelength, and continuous measurement of the extinction related optical properties of dust particles.
010.0010 Atmospheric and oceanic optics 140.0140 Lasers and laser optics 280.0280 Remote sensing and sensors 290.2200 Extinction Chinese Optics Letters
2017, 15(2): 020102
1 中国科学院 安徽光学精密研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了有效提高星载激光雷达后继光学系统中滤波器组件结构热保温性能, 保证其核心部件F-P标准具利用材料的热光特性进行中心波长调谐的精度, 对滤波器组件进行了初步热结构设计。利用有限元软件Ansys Workbench对滤波器组件初始结构进行稳态热分析, 确定加热功率范围, 再对热结构中的关键参数进行基于灵敏度分析的多目标优化, 并确定各参数的最优值。优化分析结果表明: 标准具达到稳态设计工作温度48℃时, 加热功率为705 W, 节省功率消耗113％, 标准具表面节点最大温差由原来的0253℃减少为005℃, 满足设计技术指标要求。
窄带滤波器 F-P标准具 稳态热分析 灵敏度分析 参数优化 narrow band filter F-P etalon steady-state thermal analysis sensitivity analysis parameter optimization
1 中国科学院合肥物质科学研究院合肥技术创新工程院， 安徽 合肥 230031
2 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心， 安徽 合肥 230031
介绍了一种在开放大气环境下、利用水平探测的双波长-偏振米氏散射激光雷达遥感地表气溶胶消光吸湿增长因子的新方法。在激光雷达垂直观测气溶胶吸湿性质相关研究报道的数据筛选方法的基础上，利用消光系数与实测相对湿度（RH）之间的强相关性，以及实测的粒子质量浓度和粒子退偏振比的变化规律作为判据，说明吸湿增长作用是引起地表气溶胶消光系数增大的主要原因。相比于激光雷达垂直方法观测气溶胶吸湿性质，该筛选过程更加严格地约束了激光雷达水平观测吸湿性质的筛选判据，且对气象条件的约束相对简单。利用筛选得到的有效数据，计算得到气溶胶消光吸湿增长因子，并分析其对波长的依赖特性。观测结果表明，在开放大气条件下，合肥地区粒子谱分布可能会出现单模态、双模态甚至多模态的复杂情况，导致Angstrom波长指数与相对湿度之间的变化规律表现为正相关、负相关和不相关3种结果；同样也导致短波的气溶胶消光吸湿增长因子弱于、等于或强于长波的气溶胶消光吸湿增长因子的多样性现象。
大气光学 气溶胶 激光雷达 消光系数 Angstrom波长指数 吸湿增长因子 波长依赖特性
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用双波长激光雷达观测合肥地区地表气溶胶的波长指数，根据观测期间的风向信息，选择了城市污染和乡村扬尘气溶胶作为两次典型个例，分析相对湿度(RH)对气溶胶波长指数(AE)变化规律的影响。观测结果表明，两次个例相对湿度对波长指数的影响均较明显，但是两次个例中波长指数与相对湿度之间的相关性明显不同。扬尘个例期间，当相对湿度在49.2%~91.9%之间变化时，波长指数的变化范围为0.75~1.98。污染个例期间，当相对湿度在58.7%~96.0%之间变化时，波长指数的变化范围为0.2~1.56。污染个例期间，相对湿度与波长指数之间呈负相关性，导致该现象的原因可能是，当粒子尺度谱满足Junge分布时，由于亲水型粒子吸湿增长，导致其粒径增大以及波长指数减小。值得注意的是，扬尘个例期间，相对湿度与波长指数之间却呈正相关性，导致该现象的原因可能是粒子尺度谱分布是由污染细粒子和扬尘粗粒子组成的多模态分布。
大气光学 气溶胶 激光雷达 相对湿度 波长指数 相关性分析
1 国家卫星气象中心, 北京 100081
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
激光雷达可以获取气溶胶的三维信息。在2010年中国辐射校正场(Chinese Radiometric Calibration Site, CRCS2010)试验中,利用一部米散射激光雷达获取了 敦煌辐射校正场区域15天的观测数据。利用经典的Fernald反演方法得到了这一区域的大气气溶胶消光系数垂直廓线并分析了其对辐射定标的影响。观测结 果表明敦煌地区在从近地面到2～4 km处存在着一层气溶胶浓度高值层。用于辐亮度辐射定标的飞机飞行高度需要大于此高度,以避开 气溶胶高浓度层的影响。并利用MODTRAN(MODerate resolution atmospheric TRANsmission)辐射模式中的气溶胶廓线与实测气溶胶廓线分别 进行辐射模拟,对于FY3/MERSI各可见-近红外通道都有不同程度的差异,其中蓝通道(<500 nm)有4%～5%的辐射差异。
激光雷达 敦煌辐射校正场 气溶胶垂直廓线 辐射定标 lidar Chinese Radiometric Calibration Site in Dunhuang vertical profile of atmospheric aerosol radiometric calibration 大气与环境光学学报
2015, 10(4): 323
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
为了满足在区域尺度上大气气溶胶垂直分布的探测需求,在中国科学院重大科技基础设施项目“航空遥感系统”的资 助下,研制了机载双波长偏振激光雷达。介绍了该机载激光雷达的主要功能和性能参数,以及在华北地区开 展的飞行观测实验,取得的结果表明,该机载激光雷达性能稳定,其探测精度达到设计要求,可以为污染源的识别和 传输路径的探测提供高时空分辨率的数据,为认知大气气溶胶的微物理特性和分类提供了重要的机载遥感平台。
大气光学 大气气溶胶 航空遥感 激光雷达 偏振 atmospheric optics aerosol airborne remote sensing lidar polarization 大气与环境光学学报
2015, 10(4): 295
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用一台研制的机载双波长米氏散射激光雷达，对京津冀地区大气气溶胶的三维空间分布进行了探测。给出了其中一次较典型的观测实验，该架次航线与边界层内的气流方向垂直，有利于获取区域尺度上气溶胶分布的剖面信息。观测结果显示，京津冀腹地密集的污染排放源，结合气流对气溶胶的输送和扩散作用，导致观测期间该地区形成了大范围区域立体污染。通过分析典型污染源周边的气溶胶分布，研究了重污染源排放的气溶胶随气流扩散的过程。初步的飞行实验结果表明，该激光雷达性能稳定，可以为污染源的识别以及污染物传输路径的探测提供高空间分辨率的数据。
大气光学 气溶胶 航空遥感 激光雷达 空间分布 光学参数
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100039
Fabry-Perot标准具是532 nm多普勒测风激光雷达的核心部件,其参数和加工精度直接影响整个系统的灵敏度和风 速测量的精度。对不同波长的回波信号进行模拟,分析所选测量激光波长532 nm的原因。通过对系统的灵 敏度和测量精度进行分析,优化设计标准具的主要参数,分析认为,标准具的自由光谱区为9 GHz,带 宽1.75 GHz,两边缘通道峰值间隔4 GHz,锁定通道与边缘通道峰值间隔为1.125 GHz时,系统的灵敏度 和测量精度最优。通过模拟计算标准具的主要缺陷对透过率的影响,确定标准具的表面加工精度要 求5 nm,平行调节时腔长的最大差值要求小于10 nm。
多普勒激光雷达 Fabry-Perot标准具 优化设计 灵敏度和精度分析 Doppler lidar Fabry-Perot etalon design and optimization analysis of velocity sensitivity and precision
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
4 陆军军官学院基础部物理教研室, 安徽 合肥 230031
卷云对地气辐射收支平衡有重要影响。根据三波长激光雷达系统于2011年1月~2012年10月在合肥西郊的观测资料，对比分析了不同波长对卷云的探测能力，并研究了合肥地区卷云的云结构和光学厚度等特征。结果表明，在所用的三波长(355、532、1064 nm)中，激光雷达的波长越长，其对卷云的探测能力就越强。合肥地区卷云的云峰平均高度在8 km左右，冬季较低，夏季较高；卷云平均厚度在1~2 km之间。三个波长探测所得的卷云光学厚度基本一致，从而验证了卷云的消光系数与波长无关的理论。合肥地区的卷云以光学厚度小于0.3的薄卷云为主，平均光学厚度在0.12左右。
大气光学 卷云 激光雷达 云结构特征 光学厚度
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
气溶胶的光学和吸湿性质信息对研究雾霾形成的机制至关重要。为了在环境相对湿度背景下研究利用激光雷达方法探测雾霾气溶胶光学和吸湿性质，选择合肥地区两次典型雾霾过程作为个例，利用水平探测的双波长激光雷达获取气溶胶消光系数、能见度、Angstrom波长指数以及消光系数吸湿增长因子。个例研究结果表明，在环境相对湿度变化的背景下，激光雷达可以有效地获取雾霾气溶胶光学参数以及吸湿增长因子随相对湿度的变化规律，且具有探测开放大气和不扰动被测大气的技术优势。
遥感 激光雷达 雾霾 气溶胶 光学性质 吸湿增长因子
