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文|史说百家
裁剪|史说百家
【引子】
气溶胶、云和水蒸气的能源学互相作用组成了一个活跃的研究鸿沟，因为它们通过参与能量编削历程影响地球大气的辐射进出，从而影响表象，激光雷达测量不错提供准确的垂直分辨信息，包括云柔和溶胶的多层场景。
依然报说念了几个基于激光雷达的不雅测成果，假定激光雷达比值（LR）与距离无关可是，这种假定与本色的大气气溶胶分散不一致，因此可能导致信息丢失。
在拉曼激光雷达的情况下，拉曼通说念回波不错与弹性通说念一齐分别细目消光系数和反向散射系数，正如不同作家所报说念的那样。
那么，拉曼激光雷达还有其他什么作用？它的检测确实准确吗？
【气溶胶消光系数】
通过与参考高度的分子主导信号进行比较，从拉曼回波中获取气溶胶背散射系数，气溶胶反向散射系数以及Mie LIDAR距离改良信号（RCS）和优化LR用于缱绻气溶胶消光系数。
频繁，LIDAR系统用于获取光学和微物理参数，这不错被以为是两步反演历程。使用测得的反向散射功率来计算光学参数，然后在反演中使用这些参数来得回微不雅物理参数。
举例数粒分散，折射率等，拉曼通说念的气溶胶消光系数检索步伐波及拉曼通说念复返RCS的数值微分，由于RCS的噪声敏锐性而产生流毒，为了幸免这种不实，不错使用信号平滑时期，使用近距离参考高度不错进一步立异检索时期，顺应的参考高度不错使用信噪比和归一化标准差来细目，
寰宇各地对于使用大地激光雷达不雅测进行气溶胶和云霄征的文献中有几项研究，LR用于粉尘气溶胶的化学表，光谱去极化比显现可将冰与纯尘埃和烟雾折柳开来，还发现它使用不同波长的去极化比来表征大气花粉和不同的尘源，弹性通说念和拉曼通说念用于表征气溶胶的微不雅物感性质。
在留尼汪岛的一个高海拔站敷陈了水蒸气羼杂比（WVMR）测量成果，并通过卫星数据进行了考证，
在另一项研究中，使用自动算法从拉曼激光雷达和无线电探空仪测量中检索气溶胶和湿度参数以及温，在瑞士Payrene地区进行的初次长达十年的WVMR分解中检测到温度和水蒸气的雄伟变化，其中发现可见水蒸气的变化与名义相对湿度密切关联。
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图4.显现了来自激光雷达数据的未校准WVMR的散点图和来自再分析数据的比湿度
体育投注软件在线下载手机版使用线性去极化比（LDR）和云顶温度（CTT）对云的热力学相进行了泛泛的研究，与卫星不雅测比拟，大地激光雷达测量在折柳冰云和水云方面更灵验，通过显着不雅察到过冷水的存在，在南非德班的一项研究中。
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不错明晰地折柳层积云和卷云，使用大地激光雷达不雅测对卷云特征进行了几项深刻研究还使用拉曼激光雷达和多普勒激光雷达瞩目研究了气溶胶引导的高积云微物理变化。
玩法在印度，最近使用大地激光雷达不雅测进行的一些紧迫研究值得一提，印度次大陆的空气欺侮“舆图集”是使用CALIOP数据编制的，CALIOP数据是一种星载激光雷达，用于显现次大陆的三维气溶胶分散。
发现印度气溶胶消光系数的垂直剖面，随海拔高度的增多而从宽层结构迟缓变为指数减小，据报说念，在2000米的高度内，烟雾在印度东北部占主导地位，而欺侮的灰尘则在印度次大陆的其他地区占主导地位，在印度南部的多数市海得拉巴，也研究了顺风运载的农作物残茬废弃和关联辐射将就的影响。
研究了气溶胶和云特点的季节性变化，并使用激光雷达的弹性通说念细目了气溶胶光学深度（AOD），并与喜马拉雅西部地区高海拔站马诺拉峰（84 masl）上从AERONET和MODIS得回的光深（AOD）进行比较，在印度南部的热带沿海地区也对气溶胶的季节性特征进行了微脉冲激光雷达不雅测。
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【步地时势与天气风物】
该地区有一个笔陡的楼梯地形，从山麓的西里古里飞腾到大吉岭，空中距离为59公里，复杂的迷宫山脉，有果敢的马刺、山岭和山谷，天气变化很大，季风降水很大。
激光雷达信号处理包括放弃由于仪器形貌引起的布景大气天窗和电子噪声，通过遴荐信号很是安适的范围来评估布景，而且该范围内的平均值最小。
图1.卫星图像显现了大吉岭的地舆位置和研究所在的地形特征
该信号的灵验范围被截止在该高度，为了产生距离改良信号（RCS），每个数据点的距离往常定律改良抵偿了大气中与距离关联的衰减，应器具有可变旅途的初始低通导数数字滤波器去除高频重量，并使用二阶多项式对数据集进行最小二乘拟合。
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图3.355 nm的平均RCS和30分钟激光雷达综合方差的样本图分别由玄色和红色弧线显现
激光雷达数据是在2016年7月和5月汇集的。在此时间，咱们简略汇集七天的夜间数据，在夜间测量的情况下，对于白日测量，仅使用弹性通说念。
因为拉曼信号太弱，无法在强日光布景下检测，使用弹性通说念的交叉重量和共极化重量进行线性去极化比（LDR）计算，附录A给出了从激光雷达信号中检索气溶胶和云光学特点的数学神态。
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这里使用小型降雨雷达（MRR-2，METEK Technologies，德国）来检测降水肇端时辰过头肇端高度，它是一种垂直指向的调频联接波（FMCW）雷达，以24 MHz的带宽垂直向大气中辐射1.50 GHz辐射，由于该频率范围内水点和冰蚁合体的折射率不同，溶化层云里面的雷达反射率增多，MRR与激光雷达一齐用于云人命周期的案例研究。
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图2.的斜率ln（RCS）并显现 355 nm 通说念的原始信号，箭头绚烂的峰和底用于细目大鼠。
【大气鸿沟层】
在本研究中，使用附录D中时势的非分层聚类分析（CA）步伐计算大气鸿沟层（ABL），在这里，最好聚类数是通过最小化戴维斯指数方程（A18）和最大化邓恩指数来细观念，该方程测量集群之间的相似性，并最大化邓恩指数，暗示紧凑且分离精致的集群方程（A19），均值RC355
这里使用了其以 30 分钟为终结的方差，通过将每个参数的通盘值除以其最大值来表率化数据。ABL顶部是通过由于ABL顶部气溶胶浓度倏得镌汰而发生簇变化的高度计算的，这也使方差最大化。
对流羼杂的垂直范围称为“羼杂层深度”（MLD），傍晚衰减的对流羼杂造成中性分层残余层，在夜间，通过辐射长波辐射，陆地名义冷却速率比地球大气更快，这会导致基于地表的温度逆温，从而造成安适的鸿沟层。
在本案中，由于激光束和千里镜视场的部分叠加，在较低高度无法检索到完好的信息，对激光雷达RCS的日间数据过头60 m至2000 m方差进行聚类分析，细目MLD，MLD被细目为叠加高度（360 m）以上的高度，在该高度发生了第一次集群变化。
对于SBL高度的细目，洽商了夜间激光雷达RCS过头在60 m至1200 m高度内的方差，一个剖面中有多个聚类变化，标明夜间有多个气溶胶层，第一个高于360 m的层是SBL顶部。
其上方高达1000 m的层被细目为残余层，残余层的深度频繁被细目为SBL顶部与封顶回转底部之间的空间。
【水蒸气羼杂比】
ABL中不同数目之间的关联性在表1的前两列中给出，LDR-WVMR 关联性对两组齐是正的，WVMR随高度的镌汰可能是由于气溶胶上凝结造成液滴，这将产生更多的球形颗粒并导致LDR镌汰。
液滴的造成也可能导致α一个由多重散射引起，它会增多LR，导致LR-LDR和LR-WVMR之间的负关联。
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表 1.LR、LDR 和 WVMR 之间线性关联的关磋商数 （R） 如表所示，通盘关联性在统计兴味上均显耀，概率为 <0.05。
来自印度东北地区和上空的气溶胶主要含有车辆尾气，这些气溶胶具有更高的α一个和 AOD 但雷同β一个，与其他区域的气溶胶比拟，粗模式和细模式的上风。增多α一个AOD似乎是由于领受率的增多，石墨烟灰的存在，在这个波长区域是高度领受的，可能会增多α一个。
表 2.通盘这个词研究时间气溶胶层的特征
成果标明，对于上述两种情况，粗模的LDR均低于细巧模式，由于粗模气溶胶由于其较大的尺寸而更容易造成CCN，因此预测它们将更具球形，这β一个发现粗模式高于细巧模式。
来自比哈尔邦经尼泊尔的气溶胶，含有生物资废弃和东说念主为气溶胶的主要孝敬不雅测到的生物资废弃的LR范围在30-60sr之间，对于这些轨迹，发现LR在60 sr以内，和即兴模式的LDR显现的值高于细巧模式。
溶性大颗粒与生物资废弃气溶胶的羼杂可能会增多粗模式的LDR，在以前的责任中发现，将大型矿物粉尘与生物资废弃气溶胶羼杂会增多LDR这α一个。
表 3.研究期内三个不同阶段的云的特征。
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【挂牵】
在本文中，咱们研究了喜马拉雅山脉东部高海拔站大吉岭的垂直范围分辨气溶胶和云层过头光学特点，整个进行了34小时的测量，卓绝了7个晚上，激光雷达以 1 分钟的终结提供输出，高度分辨率为 7.5 m，咱们分析了垂直和时辰分辨率分别为120米和30分钟的激光雷达测量距离改良信号（RCS），因此，咱们在通盘这个词分析中得回了68个RCS竖立文献。
上述RCS用于缱绻α一个、β一个、激光雷达比 （LR） 和线性去偏振比 （LDR） 来研究大气的一般光学特点。模拟模式已用于 5 km 以下的分析，另一方面，光子计数模式已被用于不雅测卷云。
对气溶胶层和云层进行了浮松，研究了它们的光学性质，同期对气溶胶源识别和云层相位检测进行了研究。
检索并校准水蒸气羼杂比（WVMR），WVMR与归一化标准差（NSD）一齐用于了解大气能源学的影响，在云生涯期内在 RCS、NSD 和 WVMR 中检测到的变化，直到降水用于批驳云内的基础程度，分析了激光雷达RCS的周期性和派生量，以了解该地区地形、良友传输和行星波等不同要素引起的大气变化。
气溶胶散射和领受的孝敬，由下式量化α一个对用于评估的步伐敏锐，在咱们的例子中，对高度箱的平均值波动最小，因此产生了更好的成果，α一个在某些情况下发现为阴性，这可能是由于气溶胶对 387 nm 拉曼回波敏锐的影响2。
天然在季风后测量的喜马拉雅山脉西部高海拔站的震级与Palampur不雅测到的相似，但高于新德里近邻的Gawl Pahari陆地站，咱们的成果标明，不同羼杂情景下的远距离挪动东说念主为羽流和海洋气溶胶的品貌可能是导致α一个。
缱绻平均LR剖面，LR范围为0至200 sr，海拔范围为360 m（叠加高度）至2000 m，LR 的平均值和标准差 （61±20SR）是通过在360-2000米的高度范围内取平均值来缱绻的。
这么的LR值标明来自印度东北部的东说念主为气溶胶和来自比哈尔邦（通过尼泊尔）的生物资废弃气溶胶的主要孝敬，其震级低于Gawl Pahari，但高于Palampur。
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参考文献; 1、穆什塔克;夏尔马;班戈特拉;高塔姆;Gautam，S.大气气溶胶：一些亮点和荧光笔，往常到最近几年。 2、Fernald，F.G.大气激光雷达不雅测分析 3、Klett， J.D. 用于处理激光雷达回波的安适分析反演惩处有谋划。 4、魏华;古贺;伊奥基贝;俄亥俄州和田;偏振激光雷达的安适反演步伐：分析和仿真。
