使用半導(dǎo)體激光器的激光雷達(dá)進(jìn)行云和氣溶膠定量剖面的演示

　　介紹了一種基于半導(dǎo)體激光器的高光譜分辨率激光雷達(dá)。它能夠以150米的距離分辨率進(jìn)行氣溶膠和云光學(xué)特性的校準(zhǔn)反演，白天和晚上在大約12公里的范圍內(nèi)積分時(shí)間小于1分鐘。該儀器的工作波長(zhǎng)為780nm，為可靠的半導(dǎo)體激光器和探測(cè)器奠定了良好的基礎(chǔ)，之所以選擇該波長(zhǎng)是因?yàn)樗鼘?duì)應(yīng)于d2銣吸收線。該儀器采用同位素銣87的熱蒸氣參考池作為有效可靠的氣溶膠信號(hào)屏蔽濾波器。從原理上講，基于半導(dǎo)體激光器的高光譜分辨率激光雷達(dá)可以與彈性后向散射激光雷達(dá)系統(tǒng)相媲美，但通過直接檢索云和氣溶膠的定量光學(xué)特性，可以顯著提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

　　激光雷達(dá)由于對(duì)小顆粒物散射體的高靈敏度和對(duì)目標(biāo)距離的直接飛行時(shí)間測(cè)量，在氣溶膠和云的監(jiān)測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它可以提供從被動(dòng)傳感器精確反演氣溶膠光學(xué)厚度所需的氣溶膠垂直分布。它還用于監(jiān)測(cè)氣溶膠傳輸和驗(yàn)證傳輸模型。這種激光雷達(dá)觀測(cè)最好用定量激光雷達(dá)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的直接探測(cè)大氣彈性后向散射激光雷達(dá)（簡(jiǎn)稱“彈性后向散射激光雷達(dá)”）不能捕獲足夠的信息量，無法定量、獨(dú)立地確定云和氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)。大氣層。這是因?yàn)橛袃蓚€(gè)未知的大氣光學(xué)項(xiàng)（傳輸和后向散射系數(shù)），但只有一個(gè)線性獨(dú)立的檢測(cè)通道。另外，彈性后向散射激光雷達(dá)沒有直接的校準(zhǔn)儀器重疊函數(shù)的機(jī)制，依賴于儀器功率穩(wěn)定性的知識(shí)。klett和fernald的算法已經(jīng)開發(fā)出來，試圖用這些系統(tǒng)來恢復(fù)大氣的定量光學(xué)特性。然而，它們需要假設(shè)大氣粒子的消光與后向散射比（或激光雷達(dá)比）會(huì)有很大的變化，在低海拔地區(qū)容易出現(xiàn)明顯的誤差，在低海拔地區(qū)，幾何重疊函數(shù)會(huì)增加不確定度，取決于對(duì)激光雷達(dá)發(fā)射功率的精確監(jiān)測(cè)，在不同高度層大氣之間的耦合和復(fù)合反演誤差，如地球照護(hù)和CALIOP之間的誤差比較［7］所示。值得注意的是，Klett和fernald算法在其lidar方程定義中包含一個(gè)幾何重疊項(xiàng)。如果不加說明，幾何重疊的影響會(huì)在倒排數(shù)據(jù)中產(chǎn)生很大的偏差。同時(shí)，利用彈性后向散射系統(tǒng)進(jìn)行幾何重疊的精確標(biāo)定是相當(dāng)困難的。