【摘要】 近年来，由于经济的快速发展，引起了人类生产活动的变化，同样也使得因人类活动引起的大气溶胶污染问题变得越来越明显，加之我国的气候特点，在春季受到沙尘气溶胶的影响，使大气环境问题变得越来越严重。通过微脉冲激光雷达探测器能对大气气溶胶的演变规律和垂直分布的特征进行很好地观测，从而为控制城市大气污染提供相应参考。 【关键词】 微脉冲 激光雷达 城市大气 气溶胶
传统的激光雷达是利用大气气溶胶能对雷达激光进行散射的特性，并在分析雷达探测器接收的其回波信号的量级大小来得到大气的一些物理特征。因激光的发射波长略小于气溶胶粒子的尺度，且光探测器的灵敏度较高，故激光雷达是现阶段观测大气污染应用最广泛的探测系统。微脉冲激光雷达是在传统激光雷达的基础上，将低脉冲的能量通过较高的重复频率发射出去，这种探测器具有较高的信噪比，能在一定程度上实现对气溶胶散射的定性测量，保证了探测时的准确性。
一、何为大气气溶胶
大气气溶胶指的是悬浮于大气中的空气动力学直径在0.001,1.00微米间的微粒体系。其空气动力学的可定义为:与要研究的微粒有相同降落速度的球体直径，这是由于在大气中气体溶胶微粒的形状一般都是不规则的，采取空气动力学的直径进行定义，是一种有效的表示方式。
1.1大气溶胶的分类
大气溶胶微粒按其空气动力学的直径可分成如下的几种:
第一种，飘尘，这是一种能在大气中处于长期漂浮状态的悬浮物，其直径一般小于10微米。
第二种，总悬浮颗粒物，能用颗粒采样器在滤膜上收集到的总的颗粒物的质量，其直径大都在100微米以下。
第三种，可吸入式的粒子，此种粒子能通过呼吸过程进入到人的呼吸道中。
第四种，细粒子，指动力学直径小于2.5微米的颗粒物，也被成为PM2.5。
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1.2大气溶胶的组成
大气溶胶的组成成分非常复杂，其中受到人类活动影响的组成成分主要有离子成分、痕累元素的成分和一些有机组成成分。
二、微脉冲激光雷达
微脉冲激光雷达的概念出现在1993年。微脉冲激光雷达的工作原理是向大气中发出激光的信号，并在激光信号反射回来之后，分析回波中的信息，从而发现大气中的一些物理特征。在此回波中，包含了大气中对散射光的频率和相位等方面的信息。利用这些丰富的回波信息，可以分析出大气内的很多物理特征，加之光探测器的灵敏度较高，因而，微脉冲激光雷达探测器对烟、尘等大气中的微粒具有很好地探测作用。
2.1微脉冲激光雷达探测器的优势
2.1.1能进行连续工作的时间较长
微脉冲激光雷达探测器中使用的是激光器是固态二极管类型的激光器，会使得微脉冲激光
雷达的工作寿命超过普通意义上的激光器雷达，同时，一年只需对其进行正常的维护工作之后，就能在长时间下连续运行。
2.1.2具有脉冲能量低，且发射能量对人体不构成威胁
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此种激光器能以低脉冲含量采用较高的重复频率方式将此脉冲能量集中在望远镜的镜片
上，微脉冲激光器的发射能量低，在一定程度上保证了在监视仪器运转时观察人员的人身安全，还能使系统在稳定的运行环境中进行工作。
2.2微脉冲激光雷达组成
微脉冲激光雷达主要由四部分组成:光学收发天线、数据采集系统、激光发射系统以及探测器。
MPL发射接收处理器被安放在了一个恒温室内，光学收发天线是一个直径为20cm的格林望远镜，在望远镜下方连结的是光电计数器。在发射接收器上连结的是计数器和激光发射器，接收器的另一端被连结在计算机上。
2.3微脉冲激光雷达探测的原理
微脉冲激光雷达将激光器所产生的激光脉冲直接发射到大气中，大部分脉冲与大气中的气溶胶相互作用，发生散射，一小部分脉冲被后向散射，并被接收器进行接收。接收器将接收到的能量传输到光探测器上，光信号就会被转换成电信号。针对激光雷达来说，由于接收到的后向散射光距离都不相同，在已知光速的条件下，记录下从发出激光直到接收返回光时间上的间隔从而确定出激光雷达与发生散射物体之间的距离。另外，接收到的信号在经过大气双向衰减之后，信号的强度便由大气中的后向散射来决定，同时，也和所用激光器的波长有关，与大气中气溶胶粒子数的大小和形状也存在关系。通过对探测到的结果进行反演，就能得出大气中气体溶胶的垂直分布情况和气体的浓度的特性，以及云层高度等。
三、激光雷达对城市大气气溶胶污染的研究
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激光雷达首次被应用在对大气的探测上是作为测量云高的仪器。直到1960年，随着第一台激光器被成功研制出之后，激光技术便在大气探测中快速地应用了。在激光技术不断发展中，激光雷达因其高空间分辨率和高效性一直被作为探测大气污染的工具。 麻醉剂>embedding
激光雷达作为探测器在地基探测中的应用最为广泛，并对大气气溶胶和云结构中的探测更具自动化、小型化和网络化的优势。国外的一些学者在激光雷达对气溶胶的探测分析方面已经做了很多工作。
有的应用小波协方差方法对微脉冲激光探测器探测到的数据进行分析处理，得到了更加准确的结果;我国的学者徐赤东利用其自主研制的偏振式的微脉冲雷达探测器对广州的大气气溶胶进行了连续时间段的探测，并且在之后分析了一次污染在形成过程中的特征，从而证明了大气污染等大气中的消光物质的有效性;潘鹄等利用激光雷达探测到的数据对上海的一次典型的灰霾天气进行了光学厚度和气溶胶消光系数的比较分析，证明了激光雷达对大气气溶胶污染探测中的作用。
在激光雷达对空间的探测中，国外的学者研发了一台具有较高分辨率的激光雷达探测器，同时，利用了一次模拟探测数据的方法分析了激光雷达对探测大气中气溶胶的可行性;其中，应用最为广泛的激光雷达是具有双波长的激光雷达CALIOP，研究者可利用此激光雷达探测到的卫星数据，对大气溶胶的退偏振度进行计算，发现，此种类型的激光雷达探测器能有效地分析出大气中气溶胶的组成和垂直的高度信息。 四、微脉冲激光雷达探测大气气溶胶方法的分析
4.1探测所用的数据来源
盈余管理在对微脉冲激光雷达探测器探测到的数据分析进行时，其数据的采集一般是在一整年中的观测数据，并在一年中的数据中选择四个具有代表性的月份利用微脉冲激光器进行连续地探测，通常设置的时间分辨率为30s，高度的分辨率为30m，与此同时，还要配合观测站内的另外有效数据对MPL观测结果进行验证，并对激光器探测的典型大气气溶胶污染相关过程进行全面分析。
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