激光雷达在大气混合层探测中的应用

利用香港的激光雷达资料,结合当地的探空资料和天气资料,分析激光雷达在观测大气混合层厚度及其特征。     

大气中水汽混合比的Raman激光雷达探测

介绍了作者自行研制的L625Raman激光雷达系统的结构和主要技术参数,叙述了Raman激光雷达探测水汽混合比的基本原理和数据处理方法。使用这台激光雷达在合肥地区进行了水汽混合比垂直分布的探测,对获得的水汽混合比垂直廓线进行了初步的分析和研究。最后就L625Raman激光雷达探测水汽混合比的误差进行了分析和讨论。     

拉萨上空大气气溶胶光学特性的 激光雷达探测

叙述了大气气溶胶激光雷达探测方程的求解方法,以及1998年夏季在拉萨使用激光雷达观测的一些结果,并与日本名古屋市上空的探测资料进行了对比分析,得到了拉萨上空气溶胶光学性质的一般特征,并对其成因进行了讨论。     

Raman激光雷达探测对流层中上部大气温度分布

介绍了一台氮分子(N2)Raman激光雷达系统.利用N2分子Raman散射和气溶胶及分子的Mie-Rayleigh散射信号,通过同时订正分子、气溶胶和臭氧的衰减,反演出对流层中上部大气密度和温度的垂直分布,其结果与常规球载无线电探空仪探测资料对比,在8～18 km范围内表现了较好的一致性.其中,二者测量的温度在9～15 km高度内相对差别小于4 K.     

气象激光雷达的发展现状

激光雷达能用来测量云、雾、能见度、空中风场、大气密度和大气温度,也可以用来监测空气中的有害气体。该文介绍了用于气象探测的半导体激光雷达、微脉冲激光雷达、一般弹性散射激光雷达、多普勒激光雷达、差分吸收激光雷达和Raman激光雷达的发展现状和趋势,认为人眼安全、高重复频率和宽探测范围是气象激光雷达的发展方向。固体激光雷达的气象应用最广泛,微脉冲激光雷达能同时测量云底高度、能见度和获得大气气溶胶消光廓线,有比较好的应用前景,半导体激光雷达是测量云底高度的理想工具。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

利用微脉冲激光雷达探测大气混合层高度和气溶胶垂直结构的初步研究

采用2008年5月14日—12月28日安徽寿县地区(116°46’55.02″E,32°33’30.18″N)MPL(micro pulse lidar,微脉冲激光雷达)资料,分析了当地混合层高度(mixed layer height,MLH)的日变化特征。利用梯度法、拐点法及归一化梯度法反演了当地混合层高度,并将3种方法的反演结果与SONDE探空确定的MLH做相关性分析,结果表明:由梯度法反演得到的MLH与探空资料确定的MLH高度相关(相关系数为0.976),是3种方法中最适合确定寿县地区MLH的反演算法。利用梯度法反演了晴天无云天气条件下MLH的日变化,研究了当地气象条件对MLH的影响,结果发现:MLH增长率与前1 h地表温度增长率有很好的相关性;地表风速的变化也会导致MLH的急剧变化;MLH的发展滞后于气溶胶光学厚度0.5~3 h。     

北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测

介绍了近年来研制的一台多波长激光雷达及其探测对流层高云和气溶胶的实验,并依据探测结果重点分析了北京2000年1月至4月对流层上部云和气溶胶在532 nm波长的消光系数分布特征.结果表明:从6 km至11 km的气溶胶光学厚度值在0.0152至0.0284之间变化,均值为0.0192.从6 km至11 km的云光学厚度值在0.014至0.23之间变化.观测到的单层高云的厚度最大为6 km.4月6日,近年来最强的一次沙尘暴袭击北京.4月7日北京地区无可见云,激光雷达探测结果表明,从4 km至10 km高度范围内,存在一层厚度约为6 km的气溶胶粒子层,消光系数峰值处于8 km附近,比晴天无云时的消光系数值约大一个数量级.估计这是一层沙尘气溶胶,系由远距离输送至北京形成的.     

合肥市郊低层大气的激光雷达探测研究

利用L300米散射激光雷达对合肥市郊大气边界层进行长期系统观测.分析讨论了大气边界层气溶胶消光系数与温度、湿度的关系, 大气边界层气溶胶消光系数垂直分布和时间变化的主要特征, 给出了激光雷达探测的大气边界层高度的统计特征及其与无线电气象探空仪探测大气边界层高度的比较结果.     

The Application of Sea-Surface Wind Detection with Doppler Lidar in Olympic Sailing

The mobile incoherent Doppler lidar(MIDL),which was jointly developed by State Key Laboratory of Severe Weather(LaSW) of the Chinese Academy of Meteorological Sciences(CAMS) and Ocean University of China,provided meteorological services during the Olympic sailing events in Qingdao in 2008.In this study,two experiments were performed based on these measurements.First,the capabilities of MIDL detection of sea-surface winds were investigated by comparing its radial velocities with those from a sea buoy.MIDL radial velocity was almost consistent with sea-buoy data;both reflected the changes in wind with time.However,the MIDL data was 0.5 m s 1 lower on average than the sea-buoy data due to differences in detection principle,sample volume,sample interval,spatial and temporal resolution.Second,the wind fields during the Olympic sailing events were calculated using a four-dimensional variation data assimilation(4DVAR) algorithm and were evaluated by comparing them with data from a sea buoy.The results show that the calculations made with the 4DVAR wind retrieval method are able to simulate the fine retrieval of sea-surface wind data-the retrieved wind fields were consistent with those of sea-buoy data.Overall,the correlation coefficient of wind direction was 0.93,and the correlation coefficient of wind speed was 0.70.The distribution of retrieval wind fields was consistent with that of MIDL radial velocity;the root-mean-square error between them had an average of only 1.52 m s 1.     

合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测

研制了一台L300偏振激光雷达,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究.介绍了偏振激光雷达的探测原理,叙述了L300偏振激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法.初步的探测结果表明,合肥西郊上空高度在10 km左右的卷云的退偏振比在0.4～0.5之间,沙尘气溶胶的退偏振比在0.2～0.3范围内,但是剧烈沙尘暴的气溶胶的退偏振比可达到0.4左右.     

微脉冲激光雷达及其应用研究进展

微脉冲激光雷达(MPL)对云和气溶胶的光学属性的空间分布提供连续自动的观测，该系统结构紧凑，发射能量对人眼安全，其可靠性已在国内外很多大型试验中得到了验证。文章介绍了微脉冲激光雷达的系统结构、工作原理以及较之传统激光雷达的优越性，给出了气溶胶光学属性的反演方法(斜率法、近端解法、远端解法和迭代求解法)并指出了其优缺点，对MPL在边界层、气溶胶观测等方面的应用研究成果做了简介。     

中国区域气溶胶对东亚夏季风的可能影响(Ⅱ)：黑碳气溶胶及其与硫酸盐气溶胶的综合影响

利用NCAR的新一代GCM CAM3.0模式耦合一个气溶胶同化系统,研究了中国区域黑碳气溶胶的直接气候效应。结果显示,中国区域黑碳气溶胶引起全球平均辐射强迫为0.13 W/m2,导致除了青藏高原和广西以外的中国大部分地区降温,其中东北、四川和内蒙古中北部降温最显著。由此造成海陆温差缩小,气压差降低,从而总体上使东亚夏季风减弱。但与硫酸盐气溶胶的影响相比,黑碳气溶胶使季风减弱的程度较小,长江中下游地区的降水有所增加。黑碳气溶胶加强了中国东南部地区的对流活动,这与硫酸盐气溶胶的作用相反。同时,探讨了中国区域硫酸盐和黑碳气溶胶的综合直接气候效应。结果表明,硫酸盐和黑碳气溶胶的综合作用与仅有硫酸盐气溶胶的情形十分相似,降水变化的区域也和硫酸盐的保持一致。     

A New Method for Aerosol Retrieval Based on Lidar Observations in Beijing

Lidar has been used extensively in the area of atmospheric aerosol measurement. Two unknowns at the reference altitude, the lidar ratio and the backscatter coefficient, need to be resolved from the lidar equation. In the actual application, these two values are difficult to obtain, particularly the backscatter coefficient. To better characterize the optical properties of aerosols, optical thickness, and attenuated backscatter obtained by other instruments are usually used as the input for joint inversion. However, this method is limited by location and time. In this study, the authors propose a new method for aerosol retrieval by using Mie scatter- ing lidar data to solve this problem. The authors take the horizontal aerosol extinction coefficient as the con- straint to begin the iteration until a self-consistent aerosol vertical profile was obtained. By comparing their results with Aerosol Robotic Network （AERONET） data, the authours determine that the aerosol extinction coefficient obtained by combining horizontal and vertical lidar observations is more pre- cise than that obtained by using the traditional Fernald method. This new method has been adopted for re- trieving the extinction coefficient of aerosols during the observation days.     

半干旱地区卷云特征的激光雷达探测

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站( SACOL) 2007年4～1 1月微脉冲激光雷达(MPL-4 B)观测资料,统计分析了卷云的高度、厚度及其变化特征.采用透过率方法计算了卷云光学厚度,得到了卷云光学厚度与卷云厚度和云底高度的相关关系.结果表明,SACOL卷云出现的平均海拔高度为10.16±1.32 km;卷云厚度...     

激光雷达和探空反演的混合层高度对比分析

本文利用2016年12月至2017年11月期间晴朗少云天气下的成都微脉冲激光雷达观测数据反演的混合层高度,与温江探空资料确定的混合层高度进行了对比和误差分析,结果表明:基于探空资料和激光雷达数据反演的混合层高度具有较好的一致性,两者相关系数达0.75,激光雷达反演的混合层高度略低于基于探空资料确定的值,在混合层高度为1000～2000m时,两种方法计算所得的值偏差幅度最小,约为20%;在1000m以内和2000m以上,偏差幅度略有增大,为26%;两种方法反演的混合层高度变化趋势较为一致,均呈现出12月、1月较低,4月、5月较高的特点;混合层高度具有明显的日变化特征:上午混合层高度迅速增高,午后增长速度减慢并发展到最大高度,日落后迅速降低;混合层内相对湿度的增加、残留层的存在是导致激光雷达反演混合层高度时产生较大误差的原因之一。     

瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度

介绍了一台瑞利散射激光雷达,它能够探测22～60 km范围内大气温度的垂直分布;比较了两种反演温度的数据处理方法.该激光雷达分别与UARS/HALOE卫星和无线电探空仪观测结果进行了对比,均表现了较好的一致性.同时还模拟分析了平流层低层气溶胶对计算温度的影响.     

Observations of Streamers in the Troposphere and Stratosphere Using Ozone Lidar

We describe here a DIAL lidar system for atmospheric ozone measurements atAberystwyth, Wales, together witha method for deriving a stratospheric ozone profile from a single laserwavelength. Lidar measurements are used todepict the passage of three mesoscale ozone disturbances in the troposphereand stratosphere. In the troposphere, twosmall fold-like structures are shown beneath and at the edge of streamers ofhigh potential vorticity in ECMWFanalyses. MST radar measurements at the same time show that one of these foldswas actively turbulent, causingmixing of stratospheric and tropospheric air. In the stratosphere, a streamerof low-latitude air drawn into a filamentby a breaking Rossby wave event was observed crossing the lidar site.