差分吸收激光雷达

408　激　　光　　技　　术2001年12月

(2)式中的50和40分别是波长532nm和1064nm

的气溶胶消光后向散射比(消光系数与后向散射系数之

比)。以Uchino和Tabata[3]的误差分析方法,系统误差

来源于气溶胶的散射(EB)和吸收(EEA),

其中,

β(z)(3)EB(z)=lnδ(T)Δzdzβ2N(z)Δoff(z)

EEA(z)=α()α()Δδ(T)N(z)(4)

Fig.3　Distributionofaerosol差分距离Δz取200m,βon(z)和βoff(z)分别为双波长的气溶胶体积后向散射系数,αAon(z)和αAon(,(5)式由532nm的系统误差,如图4中所示。2%,表明气溶胶对臭氧测量影响较小。ET(

6),

-X-Xβ(z)())=α(z)(λλ;　λλ/i/532)i=on,offi532(5)

(6)z)=Δδ(T)N(z)Δz2i=on,off∑(z)+2PbPλ(z)Pλi2+Pλ(z+Δz)+2PbPλi(z+Δz)21/2

(z)为波长λ式中,Pb为背景噪声,Pλi,z高度的回波i

强度。计算结果如图2中的横所示,测量的统计误差

在近4km最大达15%,若测量的激光脉冲累加数增

加,统计误差可进一步减小。

气溶胶的分布与天气条件有关,天气条件差,能见

度小于2km时,气溶胶引起的系统误差会很大,因此,

激光雷达测量臭氧一般选在天气晴朗的夜晚。系统误

差除了来自气溶胶的散射和消光外,大气中的O2和

其它痕量气体的吸收也会带来系统误差。O2的吸收

截面具有很大的不确定性,据Sunesson[4]估计,由于

O2的吸收带来的误差可达-9.0±1.8%。据Pa2Fig.4　Systematicerrorofmeasurementpayannis[5]估计,SO2的吸收带来的误差一般小于5%,NOx的吸收带来的误差小于4.5%。3　总　　　结

测量结果分析表明,尽管对流层的气溶胶浓度很大,分布不均匀,利用YAG激光器产生的266nm和289nm两个波长测量对流层臭氧,气溶胶消光和散射引起的系统误差在2～4km范围内仍然较小,可以得到较为精确的臭氧测量结果。

参考文献

1　SchotlandRM.JAppliedMeteorol,1974;13(1):71～77

2　吴永华,岳古明,胡欢陵etal.中国激光,2000;27(9):821～827

3　UchinoO,TabataI.ApplOpt,1991;30(15):2005～2012

4　SunessonJA,ApituleyA,SwartDPJ1ApplOpt,1994;33(30):7045～7058