差分吸收激光雷达

第25卷　第6期胡顺星　差分吸收激光雷达测量对流层臭氧40　7

Δδ(T)Δz+EM(z)+BA(z)+EA(z)N(z)=-d[lnPon(z)/lnPoff(z)]/2(1)

Δδ(T)为双波长对臭氧的吸收截面差,Δz为差分距离,式中,N(z)为高度z处的臭氧浓度,

Pon(z)和Poff(z)分别为两个波长的回波强度,EM(z),BA(z)和EA(z)分别为大气分子消光、气溶胶后向散射和气溶胶消光引起的修正项。测量时BA(z)和EA(z)较小且难以精确估计,常常将其忽略。在我们测量用的两个激光波长266nm和289nm中,臭氧对波长266nm吸收很强而对波长289nm吸收相对较弱,它们的臭氧吸收截面之差很大,这非常有利于提高对

流层臭氧的测量精度　　。

1.2　测量装置

图1是对流层臭氧测量装置的框图。

整个装置主要由发射、接收和采集及控制等

3部分组成。测量所需的两个激光波长为

266nm和289nm。YAG激光器基频波长

1064nm光,然后分成两束,,频移

,。Raman池的气

压为,这时输出的289nm能量Fig.1　SchematicdiagramofsetupHG—quadrapleharmoniccrystal　BS1～BS3—beamsplitter　L1～L3—steeringmirror　AMP—amplifier　PMT—

photomultipliertube　MCS—multichannelscaler

转换效率最高[2]。波长266nm和289nm两束激光经导向镜垂直导入大气中。激光束在大气中被大气分子和气溶胶散射,后向散射的部分光被望远镜所接收,经带宽为10nm的干涉滤光片过滤,入射到光电倍增管(EMI的9214QB)的靶面上,转换为电信号,再经前置放大器(VT120)放大和光子计数器(EG&G的914P)的甑别和计数,然后输入计算机进行实时显示。整个测量过程在计算机控制下完成。利用光子计数器的优点是可以提高测量高度。光电倍增管在-20℃以下工作,使热噪声降到最低

。

2　测量结果与分析

我们利用该测量装置测量了合肥西郊对流层的臭

氧分布。测量一般在晴朗无云的夜晚进行,使回波信

号满足单次散射的激光雷达方程。图2是其中一天的

测量结果,激光雷达的高度分辨率为45m。2km以下

是激光雷达盲区,4km以上由于测量值波动幅度超过

10%,被删去。图中的臭氧廓线表明,对流层2～4km

臭氧数密度小于1.0×1012分子数/cm3。该晚天气晴

朗,影响测量结果的气溶胶分布如图3所示,该分布是

由在该激光雷达附近的车载式L300激光雷达测量得到。气溶胶的消光系数在3km以下很大,气溶胶的消光系数和Angstrom指数X随高度变化很大。Angstrom指数反应了气溶胶后向散射与波长之间的关系。它与L300激光雷达的两波长1064nm和532nm测量的气溶胶消光系数分布α1(1064nm,z)和α1(532nm,z)的关系如(2)式表示。

α()(2)=(1064/532)X

[α1(1064nm,z)/40]Fig.2　Ozoneprofileanditsstatisticerrors