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济南开展拉曼气溶胶激光雷达观测工作

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为快速获得区域内大气颗粒物分布情况，有效分析颗粒物污染的生消过程和跨界输送，为济南市大气污染提供数据支撑，济南市环境监测中心站近期组织开展了气溶胶激光雷达走航观测工作。此次走航观测工作由1月初开始，3月中旬结束，为期二个多月，分为市区内走航和长途走航两部分。市区内走航观测路线包括济南市二环沿线、绕城高速沿线、经十路全程以及各个空气站周边等我市污染特征明显路线和区域。长途走航结合污染物传输过程，可实时反演不同高度气溶胶浓度，包括北京至济南和济南至龙口两条路线。     车载激光雷达技术是基于米氏散射原理，利用激光对大气颗粒物的时空分布进行遥感探测，获取大气消光系数、退偏振比、边界层高度、光学厚度等参数，分析区域污染物分布、输送特征与来源。此次激光雷达走航充分利用车载激光雷达技术，结合激光雷达数据、地面气象数据、后向轨迹分析等对济南市大气颗粒物污染进行了深入的讨论和分析，对摸清济南市大气颗粒物污染的时空分布和输送规律，实时反映重污染天气演变过程具有重要意义，为决策者制定大气重点防治策略积累大量监测数据。

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大气气溶胶的气候强迫是目前气候变化因素中不确定性大的一项。气溶胶的光学特征直接影响大气辐射过程，拉曼米散射激光雷达中国区技术服务中，也可以通过在微物理过程中与云-降水的相互作用间接影响辐射过程。有必要对气溶胶光学和微物理参数进行实时连续监测，降低气溶胶辐射强迫在天气和气候模式中的不确定性。本研究利用多波段Raman激光雷达(355、532和1064nm)对北京上空气溶胶进行了连续观测，建立了光学参数的自动算法[1，2]，并在此基础上提出了环境气溶胶微物理参数的3波段Raman激光雷达反演算法[3，4]。实现了对北京上空气溶胶光学和微物理参数垂直分布的实时监测反演。2016年12月至今，在北京大学(39.99N，116.31E)校内楼顶，利用北京大学环境科学系及国家重点实验室的一台多波段Raman激光雷达，对北京上空气溶胶进行了连续观测。利用观测得到的米散射和Raman散射信号，建立了355、532和1064nm后向散射系数及355nm消光系数的自动反演算法，得到了北京地区上空气溶胶光学特征。根据6S辐射传输模式中气溶胶模型，假设北京上空气溶胶由黑炭型(Soot)、可溶型(Water Soluble)和沙尘型(Dust)组合构成，各类型气溶胶均假设为对数正态分布;利用T-matrix米散射模型，计算三种气溶胶的光学参数(355、532和1064nm后向散射系数和355nm消光系数)制作查算表，查算表变量包括三种气溶胶数浓度(N1，N2，拉曼米散射激光雷达中国区总代理，N3)和可溶性气溶胶中心粒径(rg)。对比光学参数的观测值和模拟值，得到三种气溶胶数浓度和可溶型气溶胶中心粒径的优解，进而计算气溶胶微物理参数(有效半径、表面积浓度、体积浓度和复折射指数)，个例和统计分析表明结果合理。

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