激光雷達(dá)大氣遙感是60年代發(fā)展起來的大氣遙感新分支，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激光雷達(dá)大氣遙感研究進(jìn)展，側(cè)重介紹激光探測臭氧、云高和能見度、大氣邊界層的風(fēng)場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、激光探測平流層臭氧濃度分布

中國科學(xué)院大氣物理研究所自1992年開始，致力于研制一臺多波長激光雷達(dá)，主要用于探測平流層的大氣臭氧（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XeCl準(zhǔn)分子激光器和一個具有基頻、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)，回波信號檢測和處理子系統(tǒng)（包括三通道光子計數(shù)和五通道模擬信號接收）以及計算機。準(zhǔn)分子激光器工作于308nm波長，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的平流層臭氧濃度的誤差對平流層氣溶膠的散射特性的敏感性，并根據(jù)其敏感性，提出了一個同時探測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激光反演技術(shù)。敏感性分析表明，對于探測平流層臭氧濃度分布的差分吸收激光雷達(dá)，由于兩個激光波長的較大差異，忽略氣溶膠散射，臭氧分布解可存在很大的誤差。對背景的平流層氣溶膠模式，該誤差一般小于10％，但對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532nm，355nm和308nm三波長激光回波反演算法，以同時確定臭氧濃度分布、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)以來最強烈的一次噴發(fā)，火山爆發(fā)后，世界上許多國家的科學(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月開始，我們采用一臺紅寶石激光雷達(dá)對平流層氣溶膠進(jìn)行了一系列探測。從探測結(jié)果可以看出如下幾點：

（1）1991年7月至1991年#p#分頁標(biāo)題#e#9月中旬，北京地區(qū)對流層上部和平流導(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)約增大兩個數(shù)量級；

（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)前增大約一個數(shù)量級。1993年以來，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#分頁標(biāo)題#e#3月以來，我們還應(yīng)用一臺口徑為40cm，脈沖輸出能量約為1.2J的紅寶石激光雷達(dá)在南極中山站探測平流層的氣溶膠。觀測結(jié)果表明，皮納圖博火山爆發(fā)對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。

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

3、激光探測云高和能見度

近年來，我們先后研制成功了兩個型號實用化的探測能見度和云高的激光雷達(dá)系統(tǒng)，一是探測機場跑道視程、斜視視程和云高的激光探測儀，是XUZ01激光雷達(dá)，兩者都已在部分機場和氣象臺站推廣應(yīng)用。XUZ01激光雷達(dá)可探測30m-30km的能見度和30m-6km的云高。