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消除盲區(qū) 新型激光雷達實現(xiàn)近地面霧霾探測

2019-12-28 10:38:37來源：儀器網(wǎng)關鍵詞：激光雷達閱讀量：5132

　　【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)絡熱詞成為我們的日常生活。我們已經(jīng)習慣了在天氣預報里獲取PM2.5和霧霾信息，并將其作為今日空氣質(zhì)量的主要判斷標準。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，還促進了霧霾監(jiān)測技術的進步。

　　近日，我國的霧霾監(jiān)測技術又有了新進展，中科院合肥物質(zhì)科學研究院研制出新型激光雷達，彌補了以往激光雷達探霾技術存在于地面至500米高空范圍的盲區(qū)。激光雷達技術早在上世紀60年代就已經(jīng)被應用于海水深度測量中，之后應用領域不斷獲得擴展，但作為霧霾探測方法還是一個加入戰(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，從而實現(xiàn)對霧霾的探測，這就是激光雷達探測霧霾的工作基礎。在工作時，雷達從發(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)計算氣溶膠在大氣中的密度譜和空間頻率，同時一句發(fā)射和接收的時間差計算距離。激光雷達技術可以實時監(jiān)測霧霾，幫助我們了解霧霾的形成、變化和消散過程。

　　然而激光雷達應用的“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)激光器的基礎上利用側向散射探測大氣中的氣溶膠。側向散射沒有過渡區(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，缺點在于遠距離空間分辨率不足，剛好與后向散射型激光雷達形成互補。

　　近年來，國內(nèi)外不少團隊都在研究用于大氣探測的側向散射激光雷達系統(tǒng)，例如中科院安徽光學精密機械研究所基于電荷耦合器的側向散射激光雷達探測近地面氣溶膠技術等。而合肥物質(zhì)科學研究院研制的激光雷達優(yōu)勢在于核心器件國產(chǎn)化。作為探測霧霾的主要技術之一，激光雷達的核心技術之前一直沒有被我國掌握，直到今年5月才在雷達光源等多個研究方面取得突破，打破了發(fā)達國家的壟斷。側向散射激光雷達的研制成功更進一步表明我們在激光雷達技術上與先進水平的差距已經(jīng)越來越小。

　　空氣質(zhì)量問題與人們的健康息息相關，我國的“保衛(wèi)藍天”計劃已經(jīng)卓有成效，但霧霾問題還需要持續(xù)發(fā)力。新的技術帶來精度更高的探測結果，為霧霾的研究與治理提供更詳細的信息，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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