沙尘暴的光学遥感及分析

本文根据激光雷达和光度计综合探测的结果，结合气象背景资料分析了1988年4月北京地区三次沙尘暴过程气溶胶物理光学特性及其远距离输送时的垂直结构。这三次尘暴主要来源于内蒙的沙漠和黄土地区，根据激光探测消光系数垂直分布资料，在4月11日，沙尘粒子有3个不同的输送带，其中两个输送带的高度处于 2000—3000 m和3000—6000 m，另一个输送带的下边界高度约为200 m，其高度结构密切依赖于风场的垂直结构。根据多波长太阳光度计和半球辐射计的观测结果，尘暴期间大气柱沙尘总光学厚度在0.3至15之间变化，峰值光学厚度比平时偏大约一个数量级，在0.65 μm波长，在4月11日测量的气溶胶一次散射反照率均值为0.85。     

激光雷达和点云切片算法结合的森林有效叶面积指数估算

叶面积指数(LAI)是定量模拟和刻画植被冠层结构、生理过程以及研究森林生态系统碳水循环中物质和能量交换的重要生物物理参数之一。定量分析林冠元素的3维空间分布是准确估算森林叶面积指数的重要基础和关键步骤。本文利用地面激光雷达扫描系统(TLS),获取了不同树种、密度、年龄和空间分布的森林3维点云数据,利用"径向半球点云切片"和"点云法向量重建"算法分别计算森林的角度孔隙率和消光系数,进而得到森林冠层的有效叶面积指数。通过与利用传统光学仪器得到的结果比较发现:单站半球式激光雷达扫描得到森林样方尺度的结果与LAI-2200和数字半球摄影观测所得结果的相关性分别为R2=0.7084(N=9,p0.01)和0.7409(N=14,p0.01)。通过角度分辨率(LBA)和角度孔隙率(AGF)的敏感性分析,建议径向半球切片算法的角度分辨率应参考中心单站TLS半球式扫描所设置的采样间距。本文所采用的径向半球切片算法可以有效地利用单站半球式扫描所获取的3维点云进行森林冠层有效叶面积指数的定量估算。     

中美大陆区域气溶胶成分消光贡献研究综述

气溶胶消光作用是影响大气能见度的主控因素,气溶胶浓度、成分与其散射和吸收特性的非线性关系导致其对能见度的影响存在较大不确定性。1988～2008年美国IMPROVE(Interagency Monitoring of Protected Visual Environments)能见度监测网络各区域的重构细颗粒物(RCFM)浓度范围为1.4～19.4μg m^–3,重构气溶胶消光系数为10.0～172.5 Mm^–1(1 Mm^–1=10–6 m^–1)。2006～2018年中国各地区已有观测的平均细颗粒物PM2.5浓度为14.3～188.3μg m^–3,对应的重构消光系数为52.6～1044.0 Mm^–1。美国地区PM_2.5浓度水平与我国三亚地区相当;硫酸盐是气溶胶消光的最大贡献成分,占比可高达77%;其次是有机物,最大可达50%;而硝酸盐只有在南加州对气溶胶消光的贡献较大,超过了30%。同时,由于东部的相对湿度高于西部,东部和西部的消光差异...     

基于腔减相移光谱技术测量大气气溶胶消光系数的应用研究

基于腔减相移光谱(CAPS)技术检测灵敏度高、光源性价比好、容易控制和有效吸收光程长等优点,搭建了一套基于CAPS技术的连续测量大气气溶胶消光系数的监测系统。测试系统高反射镜片反射率约为0.9999,对应有效光程约为4.4 km;通过Allan方差测试分析系统最佳积分时间约为80 s,对应消光系数检测极限为0.06Mm-1;将系统应用于实际大气气溶胶消光系数的12个周期和48 h连续监测,显示空腔相移基本稳定,样品测量相移偏移明显,反演得到的大气能见度结果稳定可靠。由此表明,研制的基于CAPS技术的大气气溶胶消光系数连续测量系统应用于实际的测量是完全可行的。     

Comparison of visibility measurements over horizontal path by Micro-pulsed lidar and visibility meter

As a powerful tool to scan the atmosphere, the I idar can derive visibility values by directly collecting the backscattering laser light from the atmosphere. Simultaneous measurements of atmospheric visibility by Micro-pulsed lidar （MPL） and a commercial visibility meter （VM） NQ-1 have been performed to evaluate the feasibility of the MPL system designed by the Ocean Remote Sensing Laboratory （ORSL） of the Ocean University of China （OUC） from October 21 2005 to November 21 2005 in the Shilaoren Sightseeing Garden on the Qingdao coast. All the 880 data samples obtained by the two instruments have high correlation coefficients （up to 0.86）, which indicates it is feasible to utilize MPL to measure atmospheric visibility.     

邯郸市冬季一次霾过程中细颗粒物化学组分的污染特征及消光贡献

近年来京津冀地区大气环境污染受到广泛关注,邯郸作为京津冀南部地区燃煤为主的工业城市之一,大气污染问题较为突出。为厘清邯郸市冬季大气重污染发生时细颗粒物(PM_2.5)中主要化学成分的形成过程及光学特性,本研究于2016年1月23～30日,采集了PM_2.5样品,测定了水溶性离子组分和碳质组分的质量浓度,探讨了PM_2.5污染特征,在此基础上进一步分析了PM_2.5的光学特性。结果表明,采样期间PM_2.5平均质量浓度为(122.6±66.9)μg/m³,水溶性离子占PM_2.5的36.0%,SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺3种离子(SNA)占水溶性离子的74.7%,是邯郸市PM_2.5中最主要的水溶性离子。有机碳(OC)与元素碳(EC)平均质量浓度分别为(35.6±24.0)μg/m³     

成都一次重污染过程的气溶胶光学特性垂直分布

利用微脉冲激光雷达观测数据、PM_(2.5)浓度数据、地面气象观测资料和探空数据对成都2017年1月1—6日连续出现的重污染过程进行分析研究。结果表明:激光雷达反演的消光系数演变与PM_(2.5)浓度值变化对应一致,PM_(2.5)浓度升高,近地面消光系数增大;反之,则近地面消光系数减小。对于此次过程,在无冷空气影响时,混合层高度和相对湿度的日变化对消光系数廓线有明显影响,混合层高度降低,大气环境容量减小,相对湿度增加,气溶胶吸湿增长,消光系数增大,地面污染加重。天空状况对气溶胶垂直分布影响显著,晴天或多云天气,早晨强逆温使得水汽和大量气溶胶集中在逆温层顶以下区域,地面污染严重;中午混合层发展,使得混合层内的气溶胶均匀混合,气溶胶层变厚,近地面消光系数显著减小,地面污染减轻。在前一日为晴天或多云天气,当天为阴天时,早上气溶胶明显分为两层,一层在近地面,另一层在残留层顶附近;中午由于垂直湍流增强,一部分残留层气溶胶向下混合至混合层内,使得混合层内的气溶胶粒子增多,地面污染加重,消光系数明显增加。近地面强逆温层、混合层高度降低、残留层气溶胶向下混合、相对湿度增加均是导致地面污染加重的原因。     

2019年1月长春市一次霾污染过程成因分析

利用空气质量历史监测数据、地面气象要素及激光雷达探测资料,综合分析了2019年1月10—15日长春市一次霾污染过程,探讨了污染过程中污染物和气象要素的变化特征与影响机制.结果表明:此次霾污染过程中12—13日污染最重,PM2.5和PM10质量浓度均超过150μg·m-3,气溶胶消光最强,超过70％的PM2.5/PM10...     

P波段极化干涉SAR森林高度反演研究

森林高度信息是森林研究必不可少的内容之一,对全球碳循环、森林资源管理以及获取精确的林下地形等具有重要意义。极化干涉SAR技术(PolInSAR)是目前提取森林高度的一种热门的方法,其中,P波段极化干涉SAR由于电磁波的强穿透力使其相比其他波段具有一些独有的特征。文中首先分析P波段极化干涉SAR森林高度反演的优势与不足,然后结合目前主流的森林高度反演算法,提出一种适用于P波段极化干涉SAR高度反演的新方法。该方法通过对非线性迭代算法的初始值进行有效约束,从而解算出相对可靠的消光系数,同时考虑地体幅度比对森林高度的影响,最终得到相对准确的森林高度。最后,将该方法与现有的经典算法及优化算法进行对比,通过对实验结果定性和定量分析,得出在P波段条件下该方法相比三阶段算法精度提高67.5%,相比固定消光系数法精度提高29.8%,验证了该方法的可靠性和优越性。     

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.