[发明专利]一种气溶胶多光学特性遥感观测系统及其观测方法

说明书

本发明公开了一种气溶胶多光学特性遥感观测系统及其观测方法。本发明采用多个不同波长的激光器垂直发射激光，多个相应的接收器接收各自波长的散射光信号，得到大气的散射光信号强度随散射高度的变化，进一步通过迭代的方式得到多波长气溶胶消光系数的垂直廓线，从而得到气溶胶的波长指数的垂直廓线；能够同时获取从地面向上不同高度的多种气溶胶光学性质，避免了盲区对反演结果造成影响，只要无云天气都可以观测；本发明的观测系统简单而有效，成本较低，为气溶胶光学特性的垂直观测提供了新的技术手段，为遥感观测气溶胶光学特性相关仪器的反演提供了支持。

技术领域

本发明涉及大气探测技术，具体涉及一种基于CCD探测技术的多波长气溶胶多光学特性遥感观测系统及其观测方法。

背景技术

气溶胶是悬浮在空气中的微小粒子。气溶胶的来源既有自然的(如海盐，沙尘，花粉)又有人为的(工厂汽车排放，化石燃料燃烧)。气溶胶通常被简单的称为大气颗粒物。理解大气中气溶胶特征对研究局地、区域和全球大气均十分重要。气溶胶在地球辐射收支和全球气候变化中起重要作用，不论直接效应——影响地球辐射平衡，还是间接效应——影响云的性质。气溶胶对地气系统的入射辐射和出射辐射的散射作用即构成了气溶胶直接气候效应的主要部分。然而，目前气溶胶光学性质对气候的影响在我们对气候变化的理解中仍然是最大的不确定性因素之一。为了研究气溶胶散射作用在气候等方面的影响，气溶胶的散射能力在不同波长、不同方向上的分布至关重要。

在现有的研究中，想要获取高空气溶胶光学特性分布随时间和高度的长期变化特征，只能采用遥感手段。激光雷达系统是最常用的气溶胶光学特性遥感观测仪器。在激光雷达系统中，激光脉冲在大气中传输。光被大气成分(气体分子，气溶胶粒子和云粒子)所散射。被散射的光中在激光雷达接收器方向的部分被接收器收集并测量以估算大气性质。激光雷达早在上世纪60年代第一次应用于观测气溶胶廓线。从那时起，应用激光雷达研究气溶胶廓线的方法得到了广泛关注，并在近几十年内有了长足的进展。在激光雷达的设计中，发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，均存在盲区和部分重叠区，即发射的激散射光回来的信号没有或只有一部分能够被接收器所捕捉到的区域。绝大部分气溶胶出现在大气边界层中。边界层在一天之中不断演化，气溶胶的垂直廓线也随之改变。在夜间，由于湍流交换较弱，气溶胶在几百米高的近地层内混合，而这也正是激光雷达所难以探测的区域。

为了解决这一问题，近年来，国内外一些研究人员设计了一种基于CCD相机探测技术的激光探测系统。这一类探测系统发射端采用连续激光进行发射，接收端在距发射端一定距离的地方采用CCD相机来接收。与传统后向散射激光雷达相比，CCD激光探测系统可以提供从很接近地面的激光束的底部开始的有效数据，且在边界层内垂直分辨率最大，可以达到1米。这也有助于更好的将该方法的观测结果与地面观测相结合，进而反演气溶胶一些物理化学特性的垂直分布。

但是现有的采用激光发射器结合CCD探测技术的仪器，均采用单波长激光器发射激光，因此只能测量气溶胶的散射系数，不能同时测量气溶胶的波长指数，因此在进一步反演高空气溶胶物理、化学特性时，误差很大。

发明内容

针对以上现有技术中存在的不足，本发明结合CCD激光气溶胶探测技术的优势，提出了一种气溶胶多光学特性遥感观测系统及其观测方法，具备探测无云情况下任意日期的夜间气溶胶散射系数、消光系数和波长指数的能力。

本发明的一个目的在于提出一种气溶胶多光学特性遥感观测系统。