为了研究合肥上空对流层大气气溶胶的光学特性,研制了一台Raman-Mie激光雷达,用来测量大气气 溶胶的消光系数、后向散射系数和激光雷达比的垂直分布。介绍了研制的Raman-Mie激光雷达 系统和数据处理方法,并且给出了几个测量结果。在冷锋过境时,激光雷达测量的整层对流层中大 气气溶胶的后向散射系数的时空变化表明,大量的气溶胶粒子被冷空气输送到合肥上空,大气气溶 胶在4 km以下的垂直分布有剧烈的变化,混合层顶的高度被抬升到了3 km附近。Fernald方法和Raman方 法反演的大气气溶胶光学特性的对比结果表明,该激光雷达能够测量合肥上空大气气溶胶层中的 消光系数、后向散射系数和激光雷达比廓线。

为了分析造成合肥上空春季自由对流层气溶胶浓度分布高于其它季节的原因,本文对偏振 激光雷达2005～2008年期间春季常规测量和加密测量的数据结果进行 再分析,从中提取了137组气溶胶结构层进行统计研究,并对2008年3月2日的观测结果作了个 例分析。结果表明,特殊气溶胶结构层大多源于沙尘源区气溶胶粒子的 远距离传输,其影响高度70%分布在2～4 km范围内,退偏振比大于0.1的结构层占据85%,这些 结果可用于解释合肥春季自由对流层的气溶胶浓度分布偏高的原因。

为了探测大气气溶胶1064 nm波长后向散射系数垂直廓线和大气水平能见度,研制了一台车载式1064 nm米氏散射激光雷达系统(MMSL)。介绍了该激光雷达系统的结构和技术指标,叙述了光学机械结构的设计与装校,解决了激光雷达系统结构的稳定性、激光发射光束与接收光学单元光轴的平行以及运输过程中的防振等问题。简要叙述了相关的数据处理方法,给出了该激光雷达与美国Belfort 6230A 能见度仪探测大气能见度的对比结果,两者具有较好的一致性。与较早前研制成功并已应用于常规观测的一台532 nm米氏散射激光雷达进行了大气后向散射系数的对比验证实验,两者的探测结果具有很好的相关性。结果表明,该激光雷达具有较高可靠性和准确性。

介绍了一台双波长双视场米散射激光雷达，采用双接收通道分别用于高低层532nm及1064nm的同时探测，每个通道有各自独立的视场，可以兼顾低层大视场角低探测盲区和高层小视场角高探测高度的要求。该雷达系统能够自动连续探测532nm及1064nm大气气溶胶消光系数的垂直廓线和连续分布，并通过分析能够获得大气气溶胶的各种光学参数。对比验证实验表明，双波长双视场米散射激光雷达数据可靠，性能稳定。

为满足国家对大气参数测量的需求,成功研制了新型车载式大气探测激光雷达系统.该激光雷达主要是通过接收激光与大气中气溶胶粒子和水汽以及氮气分子间的米和拉曼散射信号,结合相应的激光雷达方程,反演出大气水平能见度、垂直气溶胶消光系数和水汽混合比.最终的实际测量结果与对比实验显示,该激光雷达可以对对流层的大气气溶胶进行昼夜连续观测,对夜晚8 km高度范围内以及凌晨和傍晚时分边界层内的水汽进行测量.相应大气水平能见度的测量误差小于20%,而垂直大气气溶胶和水汽的测量误差最大不超过30%.

为了研究卷云的特征，我们利用L300米散射激光雷达对安徽省合肥地区(31．90°N，117．16°E)的高层卷云进行探测。这些卷云是在晴朗夜晚激光雷达进行对流层气溶胶常规测量的同时探测到的。分析讨论了卷云的结构、光学性质及其它们的时间变化特征。结果表明：该地区卷云的云峰主要分布在8～11 km范围之内，卷云的结构呈现一定的季节变化特征。

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量，我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比。在无大的天气系统过境的情况下，通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解，得出间歇性卷云的消光后向散射比，并与其他方法进行了对比分析，指明了该方法的可靠性和局限性。

水汽体积比仅仅占整个空气的0.1%～3%,但它却是大气中时空变化最为活跃的气体。拉曼激光雷达由于其测量精度高、探测范围广以及自动化程度高,成为现今测量大气水汽含量的新型工具。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所于2004年10月自行研制的国内首台车载式拉曼激光雷达的总体结构和主要技术参量,给出其相应激光雷达数据的反演方法,该激光雷达在合肥地区进行了实际测量和对比实验。测量结果显示：该激光雷达夜晚探测水汽的高度范围可以从近地面到达对流层中部8 km左右。同时,该激光雷达还尝试进行了白天水汽探测实验,并首次得出突变层内的水汽混合比垂直廓线。

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测.该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术.该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm.分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡.给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10^-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上.

激光雷达作为一种新型的大气观测工具,可以通过直接探测激光与大气相互作用的光辐射信号来定量地反演大气水平能见度,更好地反映大气对传输于其中激光的衰减作用,从而成为测量大气水平能见度的主要手段.简单介绍了自行研制的国内首台车载式拉曼-米(Raman-Mie)散射激光雷达的结构和技术参数,并利用斜率法从激光雷达的采集数据中反演出大气水平能见度.通过实际观测并与美国Belfort能见度仪的对比试验,显示该激光雷达在探测大气水平能见度方面具有较高的可靠性和准确性,其测量误差小于20 %.