1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 山东省气象局大气探测技术保障中心，山东 济南 250031
4 山东省气象防灾减灾重点实验室，山东 济南 250031
5 合肥中科光博量子科技有限公司，安徽 合肥 230011
6 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
为了研究潍坊市夏季臭氧的分布特征，使用差分吸收激光雷达在潍坊市进行观测，分析了晴天和雨天臭氧分布的差别，并统计了无降水日臭氧的垂直分布和日变化特征。结果表明：降水发生前强烈的对流运动和大风会使对流臭氧层变厚，臭氧浓度变低；降水发生在一天中的不同时段，对臭氧污染的影响差异很大；无降水日对流臭氧层主要分布在1500 m以下，呈现白天高、夜晚低的日变化特征，高浓度值常出现在12~18时；在垂直结构上呈现分层的特征，其中，300~500 m高度的臭氧浓度随着高度的增加而增大，且在500 m附近达到极大值，该高度和米散射激光雷达探测的边界层高度基本一致；1500 m高度各个时段的臭氧浓度趋于一致，且自该高度往上臭氧无明显日变化特征，可将该层臭氧浓度作为臭氧预报的大气背景值。
差分吸收激光雷达 臭氧 垂直分布 日变化 浓度廓线 differential absorption lidar ozone vertical distribution diurnal variation concentration profile 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220579
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601
2 淮北师范大学污染物敏感材料与环境修复安徽省重点实验室,安徽 淮北 235003
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所!环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心,福建 厦门 361021
5 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230025
HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源, 影响着大气中污染物的氧化降解, 控制着对流层大气的自净能力, 对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用, 同时受污染排放特征、 垂直传输和混合、 非均相反应和大气光氧化等影响, HONO具有明显的垂直分布特征, 因此探究大气中HONO的垂直分布特征对于了解大气灰霾和光化学污染的形成和控制都十分重要。 MAX-DOAS作为一种被动遥感技术, 能够快速有效地获取大气中污染物的立体分布特征。 采用MAX-DOAS仪器对合肥市科学岛2017年12月冬季大气HONO和NO2进行了立体探测, 通过基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法PriAM获取了两种气体的垂直分布特征。 研究结果表明, 在观测期间NO2在近地面10 m内体积混合比(VMR)和垂直柱浓度(VCD)的范围分别在0.51×1011~20.5×1011 molecules·cm-3和6.0×1015~5.5×1016 molecules·cm-2, 在垂直方向上其浓度主要集中在1 km内, 且在近地面浓度混合均匀。 HONO的VMR和VCD分别在0.03×1010~5.1×1010 molecules·cm-3和3.5×1014~7.0×1015 molecules·cm-2之间, 浓度高值出现在100 m内, 浓度随高度的升高而明显下降。 通过对HONO和NO2的对比发现, HONO/NO2比值在0.17%~16.0%(VMR)和1.0%~25.0%(VCD)之间, 表明研究期间HONO主要来自于NO2的转化。 对冬季一次典型污染过程(2017.12.26—2017.12.31)分析, HONO/NO2的比值大于5%, 且HONO的浓度值升高(大于0.26×1011 molecules·cm-3), 表明污染条件下NO2向HONO的转化作用变强。 结合风场信息研究发现, 污染期间研究区域的NO2和HONO浓度受到合肥市城区、 安徽北部和西北部地区传输的影响。
多轴差分吸收光谱 二氧化氮 气态亚硝酸 垂直分布 反演算法 Multi-Axis differential optical absorption spectroscopy NO2 HONO Vertical distribution Inversion algorithm 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2039
1 山西省气候中心，山西 太原 030002
2 山西省气象台，山西 太原 030002
3 大连市气象装备保障中心，辽宁 大连 116001
近年来，太原盆地气溶胶污染比较严重。为探讨太原盆地气溶胶垂直分布及气象要素的影响，本研究团队应用CALIOP气溶胶资料、地面观测站资料获得了太原盆地2018—2020年气溶胶消光系数的垂直分布；基于HYSPLIT后向轨迹和聚类分析方法，结合CALIOP气溶胶类型数据、NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS高空和地面常规观测资料对太原盆地不同来源的气溶胶的垂直分布、类型及天气形势进行了探讨。结果表明：太原盆地霾日气溶胶消光系数的最大值为1.22 km－1，消光系数随着高度的增加而减小；晴日消光系数的最大值为0.33 km－1；新疆和内蒙古方向的气团对太原霾日的贡献最大(46%)，其次为来自本地的污染气团(39%)；太原盆地受西北或偏西气流的影响，同时在低层暖平流的控制下，易聚集污染沙尘型气溶胶；在静稳天气背景下，低层暖平流导致逆温层形成，地面弱气压区及弱风速区使污染物不易扩散，容易聚集污染沙尘型气溶胶和大陆污染型气溶胶；地面上，太原盆地处于高压底前部，地面风速较大，700～850 hPa处的冷平流将高纬度的污染物输送至太原盆地，气溶胶以沙尘型气溶胶为主，气溶胶抬升高度较大。
遥感 霾日 气溶胶类型 CALIPSO 垂直分布 太原盆地
1 山西省气候中心，山西 太原 030002
2 山西省气象服务中心，山西 太原 030002
3 西安地球环境创新研究院，陕西 西安 710061
利用2017年1月1日至2019年12月31日山西省运城地区9个气象站点的地面逐小时资料、地面日值资料和CALIOP激光雷达资料，分别对运城地区霾日和晴日的气溶胶垂直分布特征进行分析。结果表明：运城地区霾发生时，气溶胶主要聚集在0~2 km高度的大气层中，尤其是517 m左右的大气中，气溶胶的最大消光系数为0.61 km-1；0~1 km高度内，霾日最大消光系数约为晴日最大消光系数的3倍；白天与夜间气溶胶垂直分布有明显差别，在气溶胶消光系数相同的情况下，白天气溶胶所在的高度比夜间高；霾发生时，气溶胶体积退偏比集中在0~0.2；晴日近地面体积退偏比在0~0.2的分布频率低于霾日，小粒径气溶胶数量多于大粒径气溶胶数量。
遥感 气溶胶 光学特性 垂直分布 消光系数 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0228004
1 南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心, 江苏 南京 210044
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 上海卫星工程研究所, 上海 201109
为实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化探测,使用一套基于碘分子滤波器的机载高光谱分辨率激光雷达(HSRL)系统开展飞行实验,同时在地面设置辅助验证观测站。实验研究了秦皇岛地区的气溶胶变化趋势、不同下垫面类型下的气溶胶分布以及秦皇岛气溶胶光学厚度(AOD)的高值地区,并将HSRL系统反演的AOD数据与地面站点的太阳光度计和卫星遥感器测得的数据进行对比分析,三者相关性优于0.95。结合地面气象数据和机载观测数据,对不同飞行天次下秦皇岛地区的污染物来源以及城镇、山地、海洋等不同下垫面类型下的气溶胶光学参数分布特征进行分析,包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数、雷达比、色比和退偏比。结果表明:城镇地区的大气低层中以生物质燃烧和工业产生的气溶胶为主,海洋地区大气低层中以污染型海洋气溶胶为主,山地地区大气低层中的粒子尺寸较大,以污染型沙尘粒子为主。
遥感 机载高光谱分辨率激光雷达 气溶胶垂直分布 气溶胶光学参数 污染分析 中国激光
2021, 48(17): 1710003
红外与激光工程
2021, 50(6): 20211031
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
通过匹配星载CALIOP过境合肥时间,筛选Aerosol-lidar的观测数据,选取4个典型天气个例[沙尘天气、多云天气、中度污染(无云)、中度污染(有云)],对合肥地区的气溶胶进行联合观测,并对气溶胶的类型、气溶胶的变化、气溶胶污染的成因及来源进行分析。结果表明,多云天气下,星载激光雷达对底层气溶胶探测时会受到天气的影响,而地基激光雷达的探测效果较佳,可以通过定点连续观测距离的校正信号准确地反映气溶胶含量和变化特点。星-地激光雷达的联合观测可以更好地分析多种复杂天气的气溶胶变化。联合观测结果表明:轻度污染的沙尘型和受污染的浮尘型气溶胶主要集中在0.8~1.6km高度范围内,退偏振比集中在0.18~0.20之间;多云天气的气溶胶主要为污染大陆型,集中在0.4~1.2km高度范围内,其退偏振比在0.015~0.020之间,气溶胶含量很少且为具有球形粒子属性的细颗粒物;中度污染(无云)天气的气溶胶同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.3~1.3km高度范围内,退偏振比在0.08以下,具有明显的球形粒子属性;中度污染(有云)天气的气溶胶也同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.8~1.4km高度范围内,退偏振比在0.075~0.100范围内,为粒径较小的球形粒子。
遥感 星-地联合激光雷达 气溶胶变化 垂直分布 退偏振比
1 中国科学院海洋研究所，山东 青岛 266071
2 中国海洋大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266100
有效探测海洋物质垂直分布，对开展海洋生物地球化学循环过程研究、维持海洋生态健康和资源利用都起到至关重要的作用。相比于其他探测技术，激光雷达探测海洋物质，具有全天候、时空分辨率高、能够快速、高效地获得其垂直分布信息的优势。基于不同的探测机制，通过对其国内外海洋激光雷达应用情况的分析，涉及海水浊度、叶绿素浓度、CDOM、以及鱼群和浮游生物群落分布等多个方面，对目前激光雷达技术探测海洋物质垂直分布时存在的问题进行讨论，进而对该技术的发展趋势总结出若干观点。
激光雷达 海洋物质 垂直分布 Lidar marine matter vertical distribution 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200381
1 天津市环境保护科学研究院, 天津 300191
2 天津市大气污染防治重点实验室, 天津 300191
3 天津环科瞻云科技发展有限公司, 天津 300191
结合差分吸收臭氧激光雷达与近地面臭氧监测, 对天津市2018年6月23日至9月28日期间的臭氧污染垂直分布特征进行了长期观测。结果显示, 近地面与300 m高度处的臭氧浓度的变化趋势具有较高的一致性, 而随着高度的增加, 臭氧浓度呈现先升高后降低的趋势, 并在约1 000 m高度处达到最大值。受臭氧前体物由近地面向高空逐渐输送、以及NO向上传输过程中逐渐消耗的影响, 臭氧污染日变化曲线出现最大、最小值的时间随高度的升高逐渐推迟; 在1 500 m以上的高空, 臭氧日变化曲线出现双峰分布。在臭氧污染时段, 在高空也观测到高浓度的臭氧污染带, 在1 000 m处的臭氧浓度最大值约为570 μg/m3, 污染带厚度可超过1 km, 持续时间长达数日, 且在夜间不能完全消散。观测时段内总计在23个污染日出现高空与近地面臭氧污染的混合, 加重了近地面的臭氧污染程度。
差分吸收激光雷达 臭氧污染带 垂直分布特征 日变化曲线 differential absorption lidar ozone pollution zone vertical distribution characters diurnal variation curve
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
利用地基激光雷达和CALIPSO卫星数据,选取廊坊地区清洁天、霾天和多云3种天气个例,对廊坊市气溶胶垂直分布特性进行对比分析,并判断污染物的可能来源。结果表明不同天气类型下两个激光雷达反演的消光系数廓线整体一致,相关系数高。清洁天气2 km以下有少量沙尘气溶胶,消光系数均小于0.2 km -1,退偏比集中在0.10~0.30,色比值集中在0.5~1.0,粒子非球形度高且粒径大;霾天在低空500 m以下聚集着球形度高的细粒子污染物,消光系数最高超过2 km -1,退偏比和色比值都较小,污染大陆型气溶胶和污染沙尘同时存在;多云天气下,垂直高度上只在出现云层的位置消光系数很大,廓线有尖峰,退偏比大部分小于0.02,色比集中在0.10左右,受到上升气流的影响,高空7 km以下都分布着少量沙尘气溶胶。
大气光学 大气气溶胶 CALIPSO 消光系数 垂直分布 中国激光
2019, 46(12): 1201003
