大气气溶胶光学和微物理特性的激光雷达探测

The vertical profiles of atmospheric aerosols are crutial factors causing the uncertainty of the simulation of aerosol climate forcing, and are important parameters in satellite remote sensing of aerosol column properties, greenhouse gases and pollutant gases, and in air pollution study with column products derived from satellites. The poposal plans to use a multi-wavelength LIDAR with polarisition and Raman oberservation channels to perform a 2-3 years observation study. With the combined studies of other ground-based remote sensing and surface measurements on aerosols and meteorological parameters, weather circulation classification and backward-trajectories, we will study the spatial distribution charactrastics and seasonal variation of the aerosol optical properties (including aerosol extinction coefficients, Angstrom index, single scattering albedo　and phase function) and the aerosol type profiles (including aerosol size distribution, effective radius and refractive index etc.) in different weather background over Beijing urban area, and establish the vertical distribution models of aerosol microphysical properties of Beijing, and finally provide basic parameters for climate change and environment monitoring studies.

大气气溶胶的垂直分布是影响气溶胶辐射强迫计算不确定性的重要因子、是卫星光学被动遥感气溶胶特性、温室气体、污染气体以及卫星产品应用于地面空气质量研究的重要参数。本项目拟利用一台多波段偏振和Raman散射激光雷达在北京城市地区进行2-3年的观测试验，结合地面其他地基遥感和观测设备、天气学客观分型和后向轨迹分析，研究北京城市地区不同天气背景下气溶胶光学特性（包括气溶胶消光系数、Angstrom指数、单次散射反照率和相函数）以及气溶胶微物理信息（包括气溶胶粒子谱分布、有效半径、复折射指数等）的空间分布特征和季节变化，建立北京地区城市大气气溶胶微物理参数垂直分布模型，为区域气候变化和环境监测研究提供基础数据。

大气气溶胶的垂直分布是影响气溶胶辐射强迫计算不确定性的重要因子、是卫星光学被动遥感气溶胶特性、温室气体、污染气体以及卫星产品应用于地面空气质量研究的重要参数。本项目利用多波段偏振和Raman散射激光雷达在北京城市地区进行了观测试验，结合地面其他地基遥感和观测设备，研究了北京城市地区气溶胶光学特性（包括气溶胶消光系数、Ångström指数）以及气溶胶微物理信息（包括气溶胶粒子谱分布、有效半径、复折射指数等），为区域气候变化和环境监测研究提供了基础数据。.在北京大学建立了固定观测站点，实现了多波段拉曼激光雷达的稳定观测，总结了细致的拉曼激光雷达观测方法，得到了可靠的高质量的观测数据，研究并开发了一套成熟的拉曼激光雷达反演气溶胶特性的算法，系统研究了大气气溶胶光学和微物理参数的垂直分布特征。算法方面，我们利用多波长拉曼-米偏振激光雷达的实际观测，改进了预处理中重叠区订正方法和云识别方法；细化了气溶胶光学参数反演技术，得到了更为准确的光学参数反演结果；提出了利用光学参数反演气溶胶微物理特性的新方法。实际应用方面，我们提出了稳定可靠的激光雷达反演混合层高度的方法，并应用于北京、香港、青藏高原观测，对区域尺度气象模式中边界层方案、卫星主动探测、探空资料得到的边界层高度进行了评估。鉴于水汽对气溶胶气候和环境效应的显著影响，我们也利用拉曼激光雷达附带的水汽通道，发展了水汽反演方法，得到了水汽分布信息。