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消除盲區(qū) 新型激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)近地面霧霾探測

2019-12-28 10:38:37來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)閱讀量：5135

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】自從霧霾問題暴露在大眾面前并被柴靜的《穹頂之下》徹底引爆以來，霧霾、PM2.5等詞已經(jīng)逐漸從網(wǎng)絡(luò)熱詞成為我們的日常生活。我們已經(jīng)習(xí)慣了在天氣預(yù)報(bào)里獲取PM2.5和霧霾信息，并將其作為今日空氣質(zhì)量的主要判斷標(biāo)準(zhǔn)。公眾對霧霾的重視在推動政府的大氣污染治理工作發(fā)展之外，還促進(jìn)了霧霾監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步。

　　近日，我國的霧霾監(jiān)測技術(shù)又有了新進(jìn)展，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制出新型激光雷達(dá)，彌補(bǔ)了以往激光雷達(dá)探霾技術(shù)存在于地面至500米高空范圍的盲區(qū)。激光雷達(dá)技術(shù)早在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)被應(yīng)用于海水深度測量中，之后應(yīng)用領(lǐng)域不斷獲得擴(kuò)展，但作為霧霾探測方法還是一個(gè)加入戰(zhàn)場沒幾年的“新兵”。

　　相對于微波與電磁波，光波具有更短的波長，因此可以與大氣中的分子和浮塵相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對霧霾的探測，這就是激光雷達(dá)探測霧霾的工作基礎(chǔ)。在工作時(shí)，雷達(dá)從發(fā)展單元發(fā)射出高頻段的光脈沖，光束遇到大氣中的氣溶膠顆?；蚍肿雍蟀l(fā)生后向散射，由接收單元接收信號，按一定頻率采集并憑借回波信號數(shù)據(jù)計(jì)算氣溶膠在大氣中的密度譜和空間頻率，同時(shí)一句發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算距離。激光雷達(dá)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測霧霾，幫助我們了解霧霾的形成、變化和消散過程。

　　然而激光雷達(dá)應(yīng)用的“后向散射”在近距離單位內(nèi)存在探測過渡區(qū)和和盲區(qū)(常用幾何因子來描述其接收后向散射光的完整程度)，受影響的范圍一般在地面到200~300 m的空中，而這一范圍正是霧霾的主要發(fā)生區(qū)域，也是環(huán)保部門的中間監(jiān)測對象。為解決這一問題，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的研究員在雙成像探測器件和連續(xù)激光器的基礎(chǔ)上利用側(cè)向散射探測大氣中的氣溶膠。側(cè)向散射沒有過渡區(qū)和盲區(qū)，在500m以下的近地面段空間分辨率和測量精度都很高，缺點(diǎn)在于遠(yuǎn)距離空間分辨率不足，剛好與后向散射型激光雷達(dá)形成互補(bǔ)。

　　近年來，國內(nèi)外不少團(tuán)隊(duì)都在研究用于大氣探測的側(cè)向散射激光雷達(dá)系統(tǒng)，例如中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所基于電荷耦合器的側(cè)向散射激光雷達(dá)探測近地面氣溶膠技術(shù)等。而合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制的激光雷達(dá)優(yōu)勢在于核心器件國產(chǎn)化。作為探測霧霾的主要技術(shù)之一，激光雷達(dá)的核心技術(shù)之前一直沒有被我國掌握，直到今年5月才在雷達(dá)光源等多個(gè)研究方面取得突破，打破了發(fā)達(dá)國家的壟斷。側(cè)向散射激光雷達(dá)的研制成功更進(jìn)一步表明我們在激光雷達(dá)技術(shù)上與先進(jìn)水平的差距已經(jīng)越來越小。

　　空氣質(zhì)量問題與人們的健康息息相關(guān)，我國的“保衛(wèi)藍(lán)天”計(jì)劃已經(jīng)卓有成效，但霧霾問題還需要持續(xù)發(fā)力。新的技術(shù)帶來精度更高的探測結(jié)果，為霧霾的研究與治理提供更詳細(xì)的信息，將為我們在這“看得見”的戰(zhàn)場上，獲取更大的優(yōu)勢。

　　資料來源：新華網(wǎng)

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