基于机载高光谱分辨率激光雷达的气溶胶观测数据分析及污染过程研究

【摘要】：地气能量收支平衡、地区和全球辐射强迫效应以及气候变化都与大气气溶胶有着紧密的联系。气溶胶的复杂性、多样性及其不同的光学特性也会对环境造成影响。气溶胶污染物会严重影响空气质量以及人们的生活和生命安全,研究气溶胶特性及其传输机制对环境的影响至关重要。激光雷达是探测大气气溶胶的垂直分布特征和精细结构的一种有利手段,在污染过程中的气溶胶垂直分布观测具有不可替代的作用。同时,获取的大气气溶胶后向散射系数和消光系数可以用来分析气溶胶的光学和微物理特性。本文利用研制的一套基于碘分子滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统(HSRL,High Spectral Resolution Lidar)开展机载观测气溶胶试验,观测了大范围、短时间的气溶胶层分布变化,并对污染过程中的气溶胶粒子特性和分布特征进行更加准确的观测。机载气溶胶观测结果与地基米散射激光雷达、CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)星载激光雷达以及MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)探测的气溶胶数据对比分析结果较为一致,对比以及机载飞行试验结果对此套HSRL系统探测气溶胶的可靠性进行了验证。利用多源数据以及机载观测的气溶胶数据对污染物的形成、传输以及气溶胶粒子的种类和光学特性进行了综合分析,研究了气溶胶粒子的后向散射系数、消光系数、退偏比、激光雷达比、色比的分布变化特征。机载HSRL对试验地区不同污染天城镇、海洋、山地等下垫面对应的粒子特性进行了精细化探测,这也为气溶胶粒子特性研究提供了参考意义。本文研究内容不仅对国内机载HSRL技术的使用及地区气溶胶粒子特性研究具有重要的意义,也对我国正在进行的星载激光雷达研制及发射后的星地对比印证等工作具有重要的研究意义。