1次沙尘暴天气的消光特性研究

沙尘暴是一种特殊的自然现象.为了分析沙尘暴对可见光和红外辐射传输产生的影响,利用米散射理论,对北京地区1次沙尘暴天气下沙尘粒子在可见和红外波段的消光进行了计算,并与沙尘暴来临前的测量结果进行了对比分析,得到了沙尘粒子在这些波段的消光特性,并根据激光雷达测量的数据,对沙尘粒子在红外波段的垂直消光廓线进行了反演.这对认识沙尘暴有很大的参考价值.     

内蒙古自治区一次沙尘过程的激光雷达分析

为了探究沙尘污染过程中高时空分辨率的结构特征, 利用相干多普勒测风激光雷达、地面观测站、中分辨率成像光谱仪, 结合卫星气溶胶光学厚度数据产品、欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ERA5)以及混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)后向轨迹模式, 分析了2019-10-27~2019-10-28内蒙古自治区锡林郭勒盟一次典型的沙尘天气过程。结果表明, 此次沙尘是受高空冷涡、蒙古气旋的共同影响, 配合冷锋在高温时段过境沙源地, 热力叠加动力条件有利于沙尘随西风扩散; 沙尘来临前后, 地表气温变化明显; 卫星产品、HYSPLIT模式结合雷达风廓线可以更准确地确定沙尘来源, 激光雷达反演的气溶胶消光系数可反映边界层大气中气溶胶的变化情况; 2019-10-28T02:00地面PM10的质量浓度达到最大值268μg/m3, 消光系数超过30km-1, 达到最大值, 雷达反演数据在时间上会有延迟; 城市下垫面使得沙尘污染快速减弱, 雷达所在的草地下垫面容易受垂直风切变影响产生持续性污染。该研究对应用相干多普勒测风激光雷达、认识沙尘的污染过程以及传输特性很有帮助。     

沙尘天气的气溶胶特性研究

沙尘天气是一种特殊的天气现象,为了研究沙尘天气下气溶胶的特性,利用激光雷达和粒子计数器的实际测量结果,对浮尘、扬沙和沙尘暴三种天气下沙尘气溶胶谱分布特性进行了分析,并分析了风的扬沙作用。最后利用激光雷达测量结果对扬沙天气的形成发展和消退过程进行了分析。     

星载激光雷达对气溶胶垂直分布的对比分析

云和气溶胶偏振激光雷达(CALIPSO)卫星数据是探测大气气溶胶特征的有效工具。采用CALIPSO数据对37.1°N,113.3°E~38.6°N,117°E之间地理区域的强霾天气、沙尘天气、生物质燃烧污染天气和清洁天气的气溶胶消光系数、退偏比、色比以及温度廓线进行对比分析,结果表明:1)强霾天气主要是球形度较高的水溶性细粒子污染,集中在地表1 km以内,常伴有逆温无风或弱风现象出现;2)沙尘天气垂直分布广,可存留在高空,非球形度高,粒子尺度不均匀,风速偏大;3)生物质燃烧污染天气主要是集中在中低空的细粒子污染,黑碳成分高,消光系数大,常伴有污染性沙尘共同存在。三种污染天气廓线有很大不同,说明不同污染天气的气溶胶垂直分布的差异很大。     

泰兴市2021年春季典型沙尘污染过程的时空分布解析

利用当地空气质量自动监测站颗粒物监测数据和气象数据,并结合大气颗粒物监测激光雷达的监测数据以及HYSPLIT气团后向轨迹模型等,对泰兴市2021年春季较为典型的沙尘污染过程进行综合分析。结果表明：1)沙尘开始阶段,PM₁₀浓度升幅明显,污染较为严重时,PM_2.5/PM₁₀降至0.2左右;2)在沙尘影响期间,泰兴市颗粒物浓度呈现双峰特征,但两个时间段出现次峰值的原因不同,3月30日晚间出现次峰值与沙尘沉降有关,而5月8日上午出现次峰值与天气系统导致的沙尘回流有关;3)结合激光雷达反演结果可以看出,两次沙尘污染过程中,沙尘传输高度普遍在2 km以下,厚度大于1 km; 4)泰兴市沙尘传输主要为西北和偏北路径,潜在污染源以内蒙古、安徽、河南、河北、湖北等省份的输入性污染为主。对泰州市春季沙尘污染的时空分布以及演变过程的了解,为该地春季颗粒物污染的改善提供了一定的科学依据。     

HVR-Z5C沙漠使用手记

2009年3月,我们摄制组到达了中国甘肃省民勤县,沙尘暴的主要起源泉地之一,面积居全国第、第四的腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠正是在这里交汇。面对如此强沙尘天气,作为一个摄影师我深深明白,强沙尘天气不但是对我们这个摄制团队的考验,更大程度上是对摄像机质量和性能的考验。     

2021 年春季沙尘传输对徐州地区气溶胶演变影响分析

沙尘气溶胶对局地大气环境具有显著影响, 本工作基于 2021 年 3 月中国东部卫星和地基遥感观测资料, 以沙 尘传输过程中上下游的两个城市北京和徐州为主要研究区, 分析了两地气溶胶环境的阶段性变化特征和驱动因子。 结果表明: (1) 连续两次大型沙尘暴均来源于蒙古地区, 并受冷空气驱动影响中国东部地区, 第一次沙尘在江苏腹地进 入黄海, 第二次沙尘在江苏省附近受西南暖风影响发生沙尘回流现象造成持续污染。 (2) 沙尘以粗颗粒物为主, 使得近 地面层 PM10 浓度急剧提升至背景值的 20 倍、 PM2:5 提高至 3 倍。处于下游的徐州地区比上游的北京地区两次 PM10 峰值均低 500 µg·m−3, 且时间延后 12 小时。 (3) 沙尘过境前徐州背景气溶胶以散射性细颗粒物为主, 气溶胶光学厚度 (AOD) 小于 0.5, 单次散射反照率 (SSA) 约等于 0.99。到达徐州地区的沙尘漂浮在 2∼ 4 km 高空层并随重力作用与地 面层气溶胶混合, 使得 AOD 瞬间提升至 1.5 以上, 24 小时后开始逐步由沙尘主导过渡到本地污染物粒子主导 (气溶胶 退偏比从大于 0.25 降至 0.1 以下)。本次沙尘中部分颗粒物成分对 440 nm 光谱吸收性较强, 与沙尘来源有关。     

使用米氏模型估计沙尘暴造成的波衰减

我国西北地区的沙尘暴或风沙天气对无线通信网络(例如GSM和CDMA网络)有严重的影响,即空气中的沉淀物导致微波/毫米波信号衰减。文章的主要目的是通过分析沙尘粒子以及沙尘暴的能见度等因素,使用基于米氏散射模型预测微波信号衰减来评估空气的沙尘对无线通信网络的影响。     

沙尘对沙漠边缘地区WCDMA信号的影响

首先结合阿拉尔市地形和建筑特点提出了一个改进的路径损耗传播模型;改进的模型中提出了沙尘因子的概念,考虑了沙尘暴对无线信号的影响;通过在沙尘天气对WCDMA基站天线发送信号的强度进行测量,并与无沙尘时测量的信号强度进行比较,使用MATLAB软件进行数据拟合得到沙尘因子,数据显示沙尘因子不仅与能见度有关,与距离基站的距离也存在一定的关系.最后针对模型进行优化前后的仿真比较,结果表明,优化后的模型更接近实际传播环境,沙尘因子的引入对移动通信传输系统的设计和布网有很大的指导意义.     

利用遥感手段判识沙尘暴的一种新方法——以内蒙古地区为例

利用比辐射率的特征,并根据热辐射理论进行沙尘暴遥感监测是一种全新的研究手段.本文发现,沙尘发生时地表的主要物质沙尘、地面和云的物质性质不同,并且沙尘强度不同时图像像元上的地面和沙尘的比例不同,从而导致像元物质的性质有差别,地物比辐射率不相同.通过理论推导和试验研究得出:云区、地面、弱沙尘和强沙尘区的ε29与ε31接近程度不同,且ε31在0-1整个区间上变化时,ε29的大小顺序永远是云>强沙>弱沙>地面,并在此基础上建立了一个稳定判识沙尘强度的沙尘指数(DSI)模型.经过多次沙尘暴的实例验证,结果表明,该模型能够较精确地监测沙尘发生的范围和强度.     

2008年北京奥运期间大气颗粒物激光雷达观测研究

大气区域性污染及其区域输送研究是当前研究的热点问题,2008年北京奥运会的举行为研究北京及其周边大气区域输送提供了机会。主要利用双波长三通道激光雷达和风廓线雷达对颗粒物大气颗粒物区域输送进行研究,介绍了双波长三通道激光雷达的特征及主要参数,讨论了大气颗粒物质量浓度垂直分布的反演方法,并结合风廓线雷达数据论述了颗粒物区域输送的反演,实现了对大气颗粒物输送通量的估算和输送方向的判断。最后,对监测期间典型时间段的大气颗粒物区域输送通量和总量进行估算,并结合SO2实测数据进行了对比分析。     

星-地激光雷达联合观测合肥地区的气溶胶垂直分布

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0.8~1.6 km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0.4~1.2 km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0.3~1.3 km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0.8~1.4 km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。     

基于单–双高斯模型拟合法的测风激光雷达海上风电机组尾流特征分析

当气流经过风电机组的扫风平面时, 风电机组下风处产生的尾流效应会对风电机组的发电效率、疲劳载荷产 生不同程度的影响。基于相干多普勒测风激光雷达在江苏某海上风电场开展了全天候风场观测实验。由于紧邻风电 机组的尾流垂直截面上风速呈双高斯分布规律, 利用传统单高斯拟合算法存在计算误差较大, 无法反映真实流场风速 变化规律, 提出了一种单–双高斯模型拟合改进算法, 分析了目标风电机组尾流的尾流宽度、风速损失率和尾流长度 等参数特征, 研究结果验证了单–双高斯拟合算法对尾流横向风速拟合的可行性和准确性。     

西宁机场一次低空风切变的结构和特征研究

低空风切变是航空安全的重大威胁,为了研究高原机场典型低空风切变精细结构和演变规律,针对西宁机场2020-02-13出现的两类低空风切变过程,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达资料,结合地面实况和风廓线雷达资料进行了分析.结果表明,两类风切变成因和演变特征有所差异,顺风切变线呈"锥形",由机场西侧向东"嵌入"跑道,而逆风辐合线则...     

北京奥运期间工业污染源颗粒物输送通量的激光雷达监测

大气中悬浮的颗粒物是评价环境质量的重要指标,激光雷达是获得颗粒物时空分布的重要手段。近地面颗粒物消光系数与颗粒物质量浓度是相关的,利用震荡天平（TEOM）测量近地面的PM10质量浓度,与雷达测量的消光系数建立经验关系,推算PM10质量浓度的垂直分布。风廓线雷达给出了不同高度上风场的变化,可以计算不同高度上颗粒物向城区的输送通量,最终可以估算总的收支。使用激光雷达技术对北京重要工业污染源进行了长时间的连续监测,获取了颗粒物输送通量等多种参数,给出了连续监测结果。     

相干激光测风雷达风场测量技术

研发了一套全光纤化相干多普勒激光测风雷达设备,并已作为试验样机应用于XXX工程中。该激光测风雷达工作于人眼安全波段,系统结构设计紧凑,性能可靠,可实现远距离风速测量。首先对相干激光测风雷达风速测量精度进行了理论分析,然后采用放置于103 m高塔上的超声风向风速仪和探空气球作为雷达指标的测试工具,对激光雷达进行外场试验,验证设备的性能。经过试验结果分析,风速数据相关性达95%以上,标准差优于0.8 m/s,风向数据相关性达98.6%以上,标准差优于5。与国外相关激光测风雷达测量精度相当,表明激光测风雷达具有优良的性能,将成为广泛应用的风场测量工具之一。     

临近空间多普勒激光雷达技术及其应用（特邀）

研制了车载钠荧光散射多普勒激光雷达和车载532 nm瑞利散射多普勒激光雷达用于测量临近空间大气温度和风场。在钠荧光散射多普勒激光雷达中使用了三频比率多普勒测量方法获得80~100 km的温度和风场。在532 nm瑞利散射多普勒激光雷达中,使用碘分子吸收线边缘技术测量70 km 以下的风场,使用积分方法测量80 km以下的温度。在距离分辨率为1 km、时间分辨率为1 h情况下,40 km处的大气温度、风速测量不确定度约为0.2 K和0.4 m/s;70 km处约为1.5 K和5.5 m/s;92 km处约为0.3 K和1.0 m/s。这两部激光雷达已经在北京、青海、甘肃等地进行了长期观测,应用于临近空间环境特性研究。     

激光测风雷达分析典型高原机场风场特征

为了对激光测风雷达在民用机场的运行环境适应性及综合保障能力进行评估,采用国产自研激光测风雷达在典型高原机场为期3个月的风场联合监测试验数据,结合同址相关气象资料,分晴、多云、阴、雾及降水等不同气象条件,对激光测风雷达的风场数据进行了分析,以揭示典型高原机场的风场特征,检验国产激光测风雷达的综合保障能力。结果表明,在不同天气类型下,激光雷达的测风性能存在明显的差异,其在晴、多云、阴天整体表现较优,水平最大探测距离最远可达6623m,垂直最高可达2895m;同时,激光测风雷达能精准捕捉到高原机场的风场在时间尺度和空间尺度上的典型变化特征。该研究为雷达在民航的应用提供了参考。     

Retrievals of profiles of fine and coarse aerosols using lidar and radiometric space measurements

The Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) spaceborne lidar, expected to be launched in 2004, will collect profiles of the lidar attenuated backscattering coefficients of aerosol and clouds at 0.53 and 1.06 /spl mu/m. The measurements are sensitive to the vertical distribution of aerosols. However, the information is insufficient to be mapped into unique aerosol physical properties and vertical distribution. Spectral radiances measured by the Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) on the Aqua spacecraft, acquired simultaneously with the CALIPSO observations, can constrain the solutions. The combination of the MODIS and CALIPSO data can be used to derive extinction profiles of the fine and coarse modes of the aerosol size distribution for aerosol optical thickness of 0.1 and larger. Here we describe a new inversion method developed to invert simultaneously MODIS and CALIPSO data over glint-free ocean. The method is applied to aircraft lidar and MODIS data collected over a dust storm off the coast of West Africa during the Saharan Dust Experiment (SHADE). The backscattering-to-extinction ratio (BER) (BER=/spl omega//sub o/P(180)/4/spl pi/) can be retrieved from the synergism between measurements avoiding a priori hypotheses required for inverting lidar measurements alone. For dust, the resultant value of BER =0.016 sr/sup -1/ is over 50% smaller than what is expected using Mie theory, but in good agreement with recent results obtained from Raman lidar observations of dust episodes. The inversion is robust in the presence of 10% and 20% noise in the lidar signal at 0.53 and 1.06 /spl mu/m, respectively. Calibration errors of the lidar of 5% to 10% can cause an error in optical thickness of 20% to 40%, respectively, in the tested cases.