激光雷達(dá)大氣遙感是60年代發(fā)展起來(lái)的大氣遙感新分支，在原理、方法和技術(shù)上還處在不斷發(fā)展更新之中，研究課題幾乎遍及大氣遙感領(lǐng)域的所有方面。本文主要介紹中科院大氣物理研究所近年來(lái)激光雷達(dá)大氣遙感研究進(jìn)展，側(cè)重介紹激光探測(cè)臭氧、云高和能見(jiàn)度、大氣邊界層的風(fēng)場(chǎng)和平流層氣溶膠以及激光多次散射和激光空間遙感研究。

1、激光探測(cè)平流層臭氧濃度分布

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所自1992年開(kāi)始，致力于研制一臺(tái)多波長(zhǎng)激光雷達(dá)，主要用于探測(cè)平流層的大氣臭氧（10一50km）和氣溶膠（6-35km）垂直分布以及高云，并計(jì)劃于1995年初投入應(yīng)用。

該雷達(dá)主要由激光發(fā)射部分（包括一個(gè)XeCl準(zhǔn)分子激光器和一個(gè)具有基頻、二倍頻及三倍頻的Nd-YAG激光器），1m直徑接收望遠(yuǎn)鏡及分光子系統(tǒng)，回波信號(hào)檢測(cè)和處理子系統(tǒng)（包括三通道光子計(jì)數(shù)和五通道模擬信號(hào)接收）以及計(jì)算機(jī)。準(zhǔn)分子激光器工作于308nm波長(zhǎng)，單脈沖輸出能量為140mJ，重復(fù)頻率為100Hz，Nd-YAG激光器基頻（1060nm）、倍頻（532nm）和三倍頻（355nm）輸出能量分別為1000mJ、355mJ和#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#150mJ，重復(fù)頻率為10Hz。

此外，我們還從理論上研究了激光探測(cè)的平流層臭氧濃度的誤差對(duì)平流層氣溶膠的散射特性的敏感性，并根據(jù)其敏感性，提出了一個(gè)同時(shí)探測(cè)氣溶膠后向散射系數(shù)和譜分布以及臭氧濃度分布的三波長(zhǎng)激光反演技術(shù)。敏感性分析表明，對(duì)于探測(cè)平流層臭氧濃度分布的差分吸收激光雷達(dá)，由于兩個(gè)激光波長(zhǎng)的較大差異，忽略氣溶膠散射，臭氧分布解可存在很大的誤差。對(duì)背景的平流層氣溶膠模式，該誤差一般小于10％，但對(duì)存在火山云的平流層大氣，該誤差可大于100％。忽略氣溶膠散射所導(dǎo)致的臭氧總量的誤差一般較小，即使對(duì)存在火山云的平流層大氣，該誤差一般小于5％。忽略氣溶膠散射所引起的臭氧濃度分布解的誤差往往呈振蕩特性，在后向散射比隨高度增大的區(qū)域內(nèi)，解系統(tǒng)偏大，而在該散射比隨高度變小的區(qū)域內(nèi)，解又系統(tǒng)偏小。此外，我們還提出了一個(gè)532nm，355nm和308nm三波長(zhǎng)激光回波反演算法，以同時(shí)確定臭氧濃度分布、氣溶膠后向散射系數(shù)和它的譜分布。數(shù)值試驗(yàn)表明，采用本反演技術(shù)能大大改善臭氧分布解的精度。

2、激光探測(cè)火山灰和沙塵暴

1991年6月，菲律賓皮納圖博火山發(fā)生了可能是本世紀(jì)以來(lái)最強(qiáng)烈的一次噴發(fā)，火山爆發(fā)后，世界上許多國(guó)家的科學(xué)家正采用包括激光雷達(dá)在內(nèi)的多種手段監(jiān)測(cè)因火山爆發(fā)引起的平流層氣溶膠濃度的變化，從1991年7月開(kāi)始，我們采用一臺(tái)紅寶石激光雷達(dá)對(duì)平流層氣溶膠進(jìn)行了一系列探測(cè)。從探測(cè)結(jié)果可以看出如下幾點(diǎn)：

（1）1991年7月至1991年#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#9月中旬，北京地區(qū)對(duì)流層上部和平流導(dǎo)下部氣溶膠粒子濃度明顯增大，最大的后向散射比高達(dá)6（常態(tài)時(shí)為1.3），在此期間，火山的噴泄物主要從20km高度以下的平流層下部輸送到北京上空；

（2）從1991年9月底開(kāi)始火山噴泄物主要從20km高度以上的平流層上部輸送到北京上空。10月16日，氣溶膠粒子主要分布在20-26km高度范圍內(nèi)，在23km高度處，后向散射比高達(dá)36，這表明氣溶膠粒子的濃度峰值比常態(tài)約增大兩個(gè)數(shù)量級(jí)；

（3）1992年，13-30km高度范圍內(nèi)年平均的氣溶膠光學(xué)厚度為0.09，比火山爆發(fā)前增大約0.08，表明平流層氣溶膠的濃度仍比火山爆發(fā)前增大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。1993年以來(lái)，平流層的后向散射比峰值仍可達(dá)3以上，氣溶膠粒子的濃度仍比火山爆發(fā)前大幾倍。

1993年#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#3月以來(lái)，我們還應(yīng)用一臺(tái)口徑為40cm，脈沖輸出能量約為1.2J的紅寶石激光雷達(dá)在南極中山站探測(cè)平流層的氣溶膠。觀測(cè)結(jié)果表明，皮納圖博火山爆發(fā)對(duì)南極上空平流層氣溶膠濃度有明顯影響。后向散射比的峰值可高達(dá)13，而且在13km高度附近，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)堆積有大量的氣溶膠粒子。

在激光探測(cè)平流層氣溶膠方面，我們綜合應(yīng)用激光雷達(dá)和光度計(jì)遙感和分析了1988年4月間襲擊北京的幾次沙塵暴過(guò)程，發(fā)現(xiàn)沙塵粒子源自三個(gè)不同的高度帶輸送到北京上空。

3、激光探測(cè)云高和能見(jiàn)度

近年來(lái)，我們先后研制成功了兩個(gè)型號(hào)實(shí)用化的探測(cè)能見(jiàn)度和云高的激光雷達(dá)系統(tǒng)，一是探測(cè)機(jī)場(chǎng)跑道視程、斜視視程和云高的激光探測(cè)儀，是XUZ01激光雷達(dá)，兩者都已在部分機(jī)場(chǎng)和氣象臺(tái)站推廣應(yīng)用。XUZ01激光雷達(dá)可探測(cè)30m-30km的能見(jiàn)度和30m-6km的云高。