[發明專利]一種氣溶膠多光學特性遙感觀測系統及其觀測方法

有效

• 申請號: 201710881207.8
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107741592B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 趙春生;邊宇軒;趙罡
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種氣溶膠多光學特性遙感觀測系統及其觀測方法。本發明采用多個不同波長的激光器垂直發射激光，多個相應的接收器接收各自波長的散射光信號，得到大氣的散射光信號強度隨散射高度的變化，進一步通過迭代的方式得到多波長氣溶膠消光系數的垂直廓線，從而得到氣溶膠的波長指數的垂直廓線；能夠同時獲取從地面向上不同高度的多種氣溶膠光學性質，避免了盲區對反演結果造成影響，只要無云天氣都可以觀測；本發明的觀測系統簡單而有效，成本較低，為氣溶膠光學特性的垂直觀測提供了新的技術手段，為遙感觀測氣溶膠光學特性相關儀器的反演提供了支持。

技術領域

本發明涉及大氣探測技術，具體涉及一種基于CCD探測技術的多波長氣溶膠多光學特性遙感觀測系統及其觀測方法。

背景技術

氣溶膠是懸浮在空氣中的微小粒子。氣溶膠的來源既有自然的(如海鹽，沙塵，花粉)又有人為的(工廠汽車排放，化石燃料燃燒)。氣溶膠通常被簡單的稱為大氣顆粒物。理解大氣中氣溶膠特征對研究局地、區域和全球大氣均十分重要。氣溶膠在地球輻射收支和全球氣候變化中起重要作用，不論直接效應——影響地球輻射平衡，還是間接效應——影響云的性質。氣溶膠對地氣系統的入射輻射和出射輻射的散射作用即構成了氣溶膠直接氣候效應的主要部分。然而，目前氣溶膠光學性質對氣候的影響在我們對氣候變化的理解中仍然是最大的不確定性因素之一。為了研究氣溶膠散射作用在氣候等方面的影響，氣溶膠的散射能力在不同波長、不同方向上的分布至關重要。

在現有的研究中，想要獲取高空氣溶膠光學特性分布隨時間和高度的長期變化特征，只能采用遙感手段。激光雷達系統是最常用的氣溶膠光學特性遙感觀測儀器。在激光雷達系統中，激光脈沖在大氣中傳輸。光被大氣成分(氣體分子，氣溶膠粒子和云粒子)所散射。被散射的光中在激光雷達接收器方向的部分被接收器收集并測量以估算大氣性質。激光雷達早在上世紀60年代第一次應用于觀測氣溶膠廓線。從那時起，應用激光雷達研究氣溶膠廓線的方法得到了廣泛關注，并在近幾十年內有了長足的進展。在激光雷達的設計中，發射端和接收端都是垂直向上的，因此，在距地面一定的高度之下，均存在盲區和部分重疊區，即發射的激散射光回來的信號沒有或只有一部分能夠被接收器所捕捉到的區域。絕大部分氣溶膠出現在大氣邊界層中。邊界層在一天之中不斷演化，氣溶膠的垂直廓線也隨之改變。在夜間，由于湍流交換較弱，氣溶膠在幾百米高的近地層內混合，而這也正是激光雷達所難以探測的區域。

為了解決這一問題，近年來，國內外一些研究人員設計了一種基于CCD相機探測技術的激光探測系統。這一類探測系統發射端采用連續激光進行發射，接收端在距發射端一定距離的地方采用CCD相機來接收。與傳統后向散射激光雷達相比，CCD激光探測系統可以提供從很接近地面的激光束的底部開始的有效數據，且在邊界層內垂直分辨率最大，可以達到1米。這也有助于更好的將該方法的觀測結果與地面觀測相結合，進而反演氣溶膠一些物理化學特性的垂直分布。

但是現有的采用激光發射器結合CCD探測技術的儀器，均采用單波長激光器發射激光，因此只能測量氣溶膠的散射系數，不能同時測量氣溶膠的波長指數，因此在進一步反演高空氣溶膠物理、化學特性時，誤差很大。

發明內容

針對以上現有技術中存在的不足，本發明結合CCD激光氣溶膠探測技術的優勢，提出了一種氣溶膠多光學特性遙感觀測系統及其觀測方法，具備探測無云情況下任意日期的夜間氣溶膠散射系數、消光系數和波長指數的能力。

本發明的一個目的在于提出一種氣溶膠多光學特性遙感觀測系統。