大气激光雷达技术的研究进展

姚 欢，倪晓昌，王 宣

（天津职业技术师范大学电子工程学院，天津 300222）

激光雷达诞生于20世纪60年代，自其诞生以来，激光凭借高亮度性、高单色性、高相干性和高方向性等特点获得了飞速的发展[1]。激光问世后的第2年，科学家就提出了激光雷达系统的设想[2]。测距技术是激光雷达最原始的应用，经过50多年的发展，激光雷达现已用于跟踪、扫描成像、多普勒成像等多领域中，并且随着激光雷达应用领域的不断扩展，激光雷达已发展成为一类集多种功能于一体的系统[2]。与微波雷达相比，激光雷达的波长很短，两者相差3个数量级，且激光的单色性好，故呈现出较强的抗干扰能力和较高的分辨率，这也是激光在各领域中能广泛应用的重要原因之一[3]。其应用领域涉及军事、医学、科学研究和环境监测等，特别是在大气检测方面显示出了独特的优势和广阔的发展前景。针对世界各国对大气环境的日益重视，本文主要介绍激光雷达在大气方面的应用，着重剖析其在气溶胶、云和边界层、大气成分、温度以及反演PM2.5浓度的精度测算等方面的成果，进一步预测未来大气激光雷达的发展趋势。

1 大气激光雷达简介

国外在较早期已能够利用激光雷达对大气进行检测，目前已建有多个激光雷达观测站[4]，其中包括意大利那不勒斯观测站、美国激光雷达观测站、印度尼西亚斯马特拉岛观测站等。其中，美国对空基激光雷达在大气检测方面的应用较为成熟，1994年9月，美国利用“发现号”航天飞机搭载激光雷达发射成功，完成了世界上第一次激光雷达空间技术实验（Lidar In-space Technology Experience，LITE）；又于 2000 年后发射了五颗搭载激光雷达仪器的卫星，为地球科学提供了大量的相关数据[5]。俄罗斯研制了一种远距离地面的激光雷达毒气报警系统，这一系统是通过对气溶胶的特性研究获得的，通过对化学毒剂的实时探测，从而确定毒剂气溶胶云的离地高度、中心厚度以及斜距离等相关参数，从而为人们提供预警[6]。此外，德国也研制出了一种可发出40个不同频率激光的连续波CO2激光雷达，可识别和探测9～11 μm波段光谱能量的化学战剂，可为大气环境的检测提供有效的数据[7]。

与此同时，国内对激光雷达的应用和研究也在迅猛发展，20世纪六七十年代，中国科学院大气物理所在周秀骥院士、吕达仁院士、赵燕曾研究员等主持下成功研制出了我国第一台米散射激光雷达，同时开展了有关云和气溶胶特性的探测工作[8]。随着激光雷达在大气检测方面应用的不断发展，目前我国已经建立了12个沙尘暴长期观测站[3]。随着应用的不断扩大，国内已有许多单位开始运用激光雷达系统进行大气参数的探测研究，如安徽光学精密机械研究所、中国海洋大学、中国科学技术大学、上海光学精密机械研究所、武汉大学、兰州大学等。

激光雷达监测环境大气的工作原理是：激光器发射激光脉冲，与大气中的气溶胶及各种成分作用后产生后向散射信号，系统中的探测器接收回波信号，并对其进行处理分析，从而得到所需的大气物理要素[8]，具体原理如图1所示。

图1 激光雷达监测环境大气的工作原理图

激光雷达按激光器工作物质的不同可以分为固体激光器、半导体激光器和气体激光器[9]。固体激光雷达主要用于检测能见度、雾、云、温度分布、大气气溶胶以及大气中有害气体的成分。半导体激光雷达的优点主要表现在尺寸小、驱动简单和价格低等，这就为其用于测量云底高度提供了可能性。而气体激光雷达中，二氧化碳激光器是最具代表性的激光器，探测距离较远是其最显著的优势，工作主要处于红外波段，大气传输过程中衰减小，为环境和大气风场的监测工作做出了很多贡献。

2 云、气溶胶和边界层的探测

气溶胶、云和边界层是影响气候变化的3个重要因素，它们的变化往往会影响到大范围区域内的天气变化[10]。大气气溶胶系统的作用是复杂的，悬浮于大气中的微粒的直接相互作用可以将太阳光反射或者吸收，这些颗粒还可以间接地改变云的性质。对于天气的变化，云层不仅仅可以起到指示的作用，还可以对其进行调节，此外，地球气候系统的辐射能量收支也可以通过云经行调控，所以全球气候在很大程度上会根据云参数的变化而变化[11]。边界层高度的确定与云、气溶胶特性变化规律同等重要，是大气边界层的重要参数，所以对于空气污染物的传输模式、扩散以及污染物预报模式而言，确定边界层并准确掌握其变化规律是首要任务。

国外利用激光雷达对于云、气溶胶以及边界层的研究较深入，欧美等国家都相继展开了利用一些星载激光雷达对云、气溶胶及边界层进行探测的工作[10，12-13，16]。美国是这方面的先行者，继1994年9月，利用“发现号”航天飞机搭载激光雷达成功发射之后，于2003年又利用 ICESaT（Ice，Cloud and Land Elevation Satellite）卫星成功搭载了GLAS（Geosciences Laser Altimeter System）激光雷达，这是一台在轨运行的星载激光雷达测高仪，它可以精确地对云、气溶胶及边界层的相关特性进行探测[12]。除此之外，欧空局于2008年发射由ADM-Aeolus（Atmospheric Dynamics Mission Aeolus）卫星所搭载的ALADIN（Atmospheric Laser Doppler Lidar Instrument）大气多普勒激光雷达，实现了对30 km以上地球大气风速分布的测量；2013年欧空局又提出了研究对地监测的新方法，ALADIN现能扫描各个方向的光束，包括卫星的背面，它通过比较多普勒频移造成的光频移动，就能测量大气中的分子运动，由此能推算风速，并获得云、气溶胶的相关特性[13]。

目前，在气候研究中应用最广泛激光雷达的是美国航天航空局于2006年4月28日由德尔塔-Ⅱ火箭搭载发射成功的CALIPSO（Cloud-Aerosols Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations）卫星上的云-气溶胶正交偏振激光雷达CALIOP（Cloud-Aerosols Lidar and Orthogonal Polarization）[12-13]。CALIOP 是一台偏振敏感双波长激光雷达，系统中的激光器可以分别发射532 nm和1064 nm波长的激光作为的输出脉冲，532 nm通道获得的回波信号可以进行正交偏正检测，从而分辨云的冰相和水相，而气溶胶的尺寸可以通过两波长之间的后向散射信号差来区分。该激光雷达可提供30 m的垂直分辨率，随着卫星绕地探测，为大气科学提供了丰富的气溶胶垂直分布和云的特性信息。CALIOP是典型的空基激光雷达，由于高空的空气质量明显高于低空，激光的衰减较小，故在垂直高度上能测量出更长距离的高空数据。另一方面，随着卫星围绕地球做周期性的运动，它可以进行全球范围的观测，包括沙漠、海洋、南北极等其他激光雷达难以观测到的地区。CALIOP能够获得高空、远距、长期、季节性的数据，这为气象监测工作提供更加全面的信息。CALIOP的观测结果可以用来作为模式输入，与模式结果进行比较，以验证模式结果或其他观测工具的观测结果。CALIOP在气候研究中的主要应用包括探测气溶胶的垂直分布和水平特征，诊断云量和云的垂直分布，计算云和气溶胶的光学特征，估计火灾、火山爆发、风暴等对气溶胶浓度的影响等，通过这些计算和分析可了解气溶胶和云的变化规律，从而更加清晰地认识它们是如何影响气候的[10]。

图2和图3分别为利用CALIPSO 2014年2月9日与2月15日，波长为532 nm的激光数据测得的天津地区（以北天津为中心方圆100 km半径区域）气溶原始数据，结合自编品质筛选技术，利用数据中的消光QC标志（Extinction QC Flag）、云和气溶胶得分（CAD Score）、大气容量描述（Atmospheric Volume Description）及其相关不确定性参数，编写Matlab程序进行筛选而获得的大气中气溶胶的平均消光。根据国家监测点对京津冀地区的空气质量检测结果，2月9日空气质量为优，2月15日为重度污染。从图中可以看出，2月15日气溶胶平均消光无论从区域还是程度上都明显大于2月9日，即2月9日的空气质量明显优于2月15日。一方面，如图3所示，2月15日气溶胶的消光系数在高度约1.2 km处达到饱和，低于该高度时，基本无法探测到相关的气溶胶消光系数，这说明低空大气污染较为严重，悬浮在空气中的颗粒物将用于探测的激光能量全部吸收，故探测不到回波信号。另一方面，图2中筛选过的平均消光系数变化范围基本在0～0.3之间，而图3中的变化范围基本在0～1.2之间，即2月15日的平均消光系数的变化范围约是2月9日的4倍，故2月9日的大气状况要优于2月15日。这都充分说明了CALIPSO测量数据与地面监测站所获得数据的一致性。

图2 2014年2月9日天津地区大气气溶胶平均消光高度分布曲线

图3 2014年2月15日天津地区大气气溶胶平均消光高度分布曲线

除此之外，一些学者使用米散射、偏振、微脉冲、共振荧光激光雷达对不同区域进行了探测，并根据探测及反演得到的距离平方校正后向散射系数、回波信号、消光系数、退偏振率、散射比等物理量来分析和研究云和边界层、对流层、平流层的气溶胶的结构特征及时空分布，并对这些特征的成因做了进一步的讨论分析[14-16]。

中科院安徽光学精密机械研究所大气光学中心成功研制了一台拉曼-米-瑞利散射多参数大气测量激光雷达系统，并利用其拉曼-米散射通道采集数据，对边界层内532 nm大气气溶胶后向散射系数、消光系数以及激光雷达比（即消光后向散射比）进行了定量的测量[17]。此外，他们还利用研制的激光雷达，实现了对夏秋季节合肥地区气溶胶光学特性的测量。结果表明，激光雷达比垂直廓线没有明显的突变，这说明夜间近地面气溶胶微物理性质相同，且混合较均匀。夏季气溶胶的激光雷达比平均值相对较大，秋季较小，但总体变化不大。夏秋季气溶胶激光雷达比稍有不同的原因可能与气溶胶组成成分略有变化或者气象因素有关。在夏秋两季节内，激光雷达比各天观测结果变化不大，由此可以得出，在同一季节内，气溶胶的组成成分和微物理特性相同。表1给出了532 nm波长气溶胶激光雷达比的相关研究报道，其中包括人类活动产生的燃烧烟灰、城市和工业生产排放的污染物气溶胶以及自然产生的海盐、沙尘和清洁陆地型等主要类型的气溶胶。表1给出的数据及根据散射模型模拟计算获得的结果显示，海盐类气溶胶粒子产生的激光雷达比在20～30 sr之间；沙尘气溶胶的激光雷达比在20～40 sr之间；生物质燃烧、人类活动产生的城市颗粒物以及工业污染生成的烟灰气溶胶的激光雷达比在40～90 sr之间。整个实验期间观测的激光雷达比在43～72 sr之间，总平均值为57.9 sr，与表中给出的一些激光雷达比研究类似，尤其与文献[18]有较好的相似性。结合合肥地区城市活动和周边工业情况，初步判断，该地区边界层气溶胶应属于包含工业和城市污染物粒子的污染型陆地气溶胶[17]。

表1 532 nm波长气溶胶激光雷达比的相关研究报道

气溶胶、云和边界层在地球辐射平衡、降水及云形成、各种非均匀和光化学反应中都扮演着十分重要的角色。目前使用激光雷达已可以成功探测物质燃烧、雾霾、烟尘、沙尘污染等各种类型气溶胶的光学特性、垂直分布、时空变化及浓度等[16]。

3 大气成分的探测

环境问题已成为当今社会的一个敏感话题，大气层环境的变化直接影响着人类的生存和经济的发展[29]。差分吸收激光雷达是最早应用于测量大气成分的仪器，它可以重复性测量大气痕量气体（CH4、CO2、NO2、SO2、O3等）。自 1975 年起，国外就开始使用这种仪器来探测大气成分，之后利用该类型激光雷达测量臭氧及其他痕量气体的技术就不断地在各个国家新兴起来[29]。

目前监测网中大部分O3、NO2和SO2的监测设备均为基点式仪器，该种设备无法监测大气中相关气体的空间分布信息。习惯上，一般都是利用球载探测仪来探测O3、NO2和SO2的空间分布数据，但通过此方式获得的数据一般空间和时间分辨率都不高，为此，在国家863计划信息获取与处理技术主题和中国科学院的支持下，2002年6月，我国自主研制了车载测污激光雷达系统，其各污染物测量精度均很高[30]，主要技术指标如表2所示。

表2 AML-1车载激光雷达系统技术指标

与此同时，张寅超等[31]运用该系统首次给出了北京市近地面层大气O3、NO2和SO2的激光雷达测量数据，他们分别对中科院大气物理研究所铁塔分部和北京市大兴区北藏乡进行了大气O3、NO2、SO2以及气溶胶的实验监测，首次给出了北京市近地面层大气O3、NO2、SO2的激光雷达测量数据，并且将地面仪器的监测数据与所得的测量数据进行了比对。结果显示，该激光雷达的O3、NO2、SO2测量值与地面仪器的测量数据基本相符，相关系数分别可达到0.88、0.75和0.90，这表明车载测污激光雷达的测量结果可信度是很高的。

4 温度的探测

激光雷达对大气温度的探测也起着至关重要的作用，主要有以下3种：瑞利散射激光雷达、拉曼激光雷达和高光谱分辨率激光雷达[32-35]。

目前，瑞丽散射激光雷达凭借其空间分辨率高、探测灵敏度高和探测无盲区等优点，广泛应用于大气温度探测中。Fiocco等早在1971年就已成功利用瑞利散射激光雷达对大气温度进行了测量。除此之外，拉曼激光雷达在温度探测方面的应用也是比较常见的，该类型激光雷达根据其工作方式的不同可分为转动型和振动型。转动拉曼散射激光雷达可以实现对底层大气温度分布的测量，其探测主要是通过利用温度与分子的转动谱线强度的关系实现的，而探测对流层中上部大气温度分布则可以通过振动拉曼散射激光雷达接收到的回波信号获得。

早在1967年，Leonard就首次提出了利用振动拉曼散射激光雷达来探测大气温度，并且成功利用波长为337.1 nm的激光探测到了1.2 km以内大气中的氮气浓度，与此同时还利用激光雷达接收了波长为365.8 nm的氮气的一级斯托克斯振动谱线。2011年西安理工大学的解贞等[36]依托西安理工大学大气遥感研究中心的同轴激光雷达研究平台，建立了拉曼激光雷达系统，对纯转动拉曼散射激光雷达实现边界层底层大气温度的高精度探测进行了分析。据研究，拉曼回波散射信号的散射强度比值可以达到3.5 km左右，且在3.5 km以内温度下降率可达到3 K/km。此外，他们还利用探空气球对系统进行了标定，研究表明，实测拉曼激光雷达温度廓线与探空气球探测到的温度廓线初步实现了良好的吻合。在此基础上，解贞[36]利用拉曼激光雷达系统对西安城区大气进行了实验观测，结果表明，该系统的最低测温能力为2 km，相较于瑞利散射，其抑制率得到了很大的提高，系统的探测能力也得到了良好的改善。

瑞利-拉曼散射激光雷达则结合了两种激光雷达的优点，能对各高度的温度廓线实现高分辨率、高灵敏度的探测。2004年，中国科学院安徽光学精密机械研究所的吴永华等[37]成功实现了利用瑞利-拉曼散射激光雷达探测大气温度分布。该激光雷达主要用于夜晚探测大气的温度分布，系统采用Nd：YAG激光器，三倍频后输出波长为355 nm的激光作为输出脉冲。为了获得对流层和平流层中上部大气温度的垂直分布廓线，吴永华等人采用弱光子计数技术，较准确地检测出了大气中分子振动拉曼散射和瑞利散射回波，并由此分析得到了对流层和平流层中上部大气温度的垂直廓线分布。为了保证所得数据的可靠性，其观测结果还分别与HALOE/UARS卫星和无线电气象探空仪获得的数据进行了比较。激光雷达获得的平流层温度垂直分布廓线和HALOE卫星进行比对结果显示，当高度处于25～65 km时，它们测量获得的结果具有较好的一致性，20个夜晚的平均温差小于2 K；而对流层温度廓线与无线电气象探空仪进行比对表明：当高度处于5～18 km时，其温度反映了基本一致的分布趋势，在6～16.5 km高度内，15个夜晚的平均温差小于3 K。这些结果都从一定程度上说明了瑞利-拉曼散射激光雷达对大气温度分布测量的准确性与可靠性。

2010年南京信息工程大学的卜令兵等[38]联合中科院安徽光学精密机械研究所大气光学中心，为获取高时空分辨率的大气温度的垂直分布，建立了用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达。该系统发射波长为532 nm、频率为20 Hz、能量为200 mJ的激光作为输出脉冲，接收系统采用直径为400 mm的卡塞格林望远镜，主要用于接收发射激光脉冲与大气中的各种成分作用后产生的回波信号。为了减小望远镜的场视角，系统在近焦点处设置了一小孔，用来减少背景噪声。系统配备光束准直系统，接收到的后向散射信号经准直系统后，通过窄带滤波片分别进入米、瑞利、拉曼3个通道。拉曼通道主要用于探测N2分子的拉曼散射，再将测量获得的N2分子的浓度与米通道测量获得的气溶胶特性相结合，从而反演出低空大气温度；米通道主要用来测量对流层以内气溶胶的光学特性，它采用的方式是模拟探测；利用瑞利通道可以获得532 nm信号不同程度的衰减，这样可以同时实现对低空气溶胶和高空温度的探测。在数据处理方面，为了提高信噪比，系统主要是通过扣除背景噪声和小波算法来实现。为了确保观测数据的可靠性，卜令兵等人还将观测结果与大气模式数据和卫星观测结果进行了对比分析，结果均呈现较好的一致性，由此进一步证明了激光雷达在温度测量方面的可靠性。

高光谱激光雷达相较于瑞利、拉曼散射激光雷达，是一种精度更高的激光雷达。高光谱激光雷达的探测原理是利用大气分子引起的瑞利散射光谱宽度依存大气温度，通过使用单频率脉冲激光器，高光谱分辨率分光器从大气散射中分离瑞利散射和米散射光谱。在数据反演中借助于同时获得的瑞利散射信号，可以不需要对大气粒子后向散射系数和消光系数进行假设，直接导出消光系数，从而实现高精度的气溶胶探测，提高了参量反演的准确性。目前，利用高光谱分辨率激光雷达对气溶胶光学特性进行探测是研究的热门课题。欧洲空间局、美国国家航天航空局、日本的国立环境研究所以及国外很多高校都在展开对该种激光雷达的研究。

5 激光雷达探测反演PM2.5浓度

PM2.5是目前环境空气检测中比较受关注的一项指标，人们可以通过它来判断空气污染情况，它对空气的质量和能见度等都有着重要的影响。

2013年济南市环境监测中心站的何涛等[37]利用激光雷达系统对PM2.5浓度的精度进行了研究，给出了布设在中科院大气物理研究所铁塔上的BAM-1020颗粒物检测仪和激光雷达测量数据的对比观测结果。此外，他们还于2011年9月至10月之间进行了为期一个月的对比试验，观测PM2.5浓度与激光雷达探测到的气溶胶消光系数的相关性，结果表明，两者之间具有良好的相关性。为了研究在垂直高度上反演的精度，他们利用线性回归模型建立了颗粒物浓度与消光系数之间的关系式，再结合铁塔实测的PM2.5浓度，完成了对反演精度的探究。研究结果显示，激光雷达的反演结果与实测之间的相关系数基本均可达到0.9以上，两者之间的高相关性说明了激光雷达反演PM2.5的可靠性，这就为利用激光雷达研究大气中颗粒污染物的浓度及其空间分布状况提供了可能性，并为区域大气联防联控提供数据、制定政策。

此外，上海复旦大学的焦艳等[39-40]于2011年1月至2012年12月，利用位于上海市杨浦区复旦大学校园内的大气气溶胶观测站，对气溶胶的浓度、光学特性等进行了为期2年的观测[39]。通过数据反演计算，得到气溶胶消光系数的垂直分布，进而可以直接获得气溶胶光学厚度和大气混合层高度。通过获得的数据，对上海城区气溶胶光学特性的变化特征和大气PM2.5质量浓度做出了统计结果：上海城区大气PM2.5质量浓度年均值可达到（43.8±28.7）μg/m3，超过了 PM2.5二级浓度限制，24 h内平均值的一、二级达标率分别为47.9%和87.1%。夏季PM2.5质量浓度最低，冬季最高，春秋季节则介于中间位置；但春秋季节的PM2.5质量浓度相对集中，冬夏季节则相对分散。另外，PM2.5质量浓度的季节性变化也受气象要素的制约，例如，降水对PM2.5有一定的去除效应；气溶胶的浓度和来源受风速风向的影响；PM2.5质量浓度与气温也有一定的相关性等。综合以上各种因素，上海城区呈现出了夏季PM2.5质量浓度低于冬季的空气状况。此外，上海地区PM2.5质量浓度每天基本于凌晨1时和5时达到峰值[40]，对上海地区的季节性和每天的变化情况给出了量化表征。

6 发展趋势

除此之外，激光雷达还能对大气成分、能见度、水汽、风、钠层等进行探测，由此可见它在大气监测方面的应用非常广泛。在过去的几十年中，激光雷达作为一种新兴的主动遥感工具在测量精度、空间分辨率、探测跨度等方面所具有的优势已使它被广泛应用于大气遥感、气象与气候、大气科学等领域。但是目前激光雷达的发展并不成熟，这主要源于其较高的技术难度。现阶段激光雷达在实际中的应用仍有缺陷，例如，较窄的波束加大了空间获取的难度，因而捕获目标只能控制在较小的范围内；受天气影响较明显，不能在一些天气（雨、雪、雾）下工作；其精度受大气光传输效应的影响，因此无法全天工作等等。尽管如此，激光雷达还是受到了国内外研究学者的重视与关注，并提出了一系列的新技术以及数据处理和反演的新方法。目前，激光雷达探测大气的时间分辨率不断的提高，探测的跨度范围不断延伸。激光雷达的发展方向越来越广：它由仅夜晚探测向白天夜晚均可探测发展，由单一波长向多波长发展，由单一探测功能向多探测功能发展。激光雷达现在已拥有若干区域性大面积空间覆盖的陆基激光雷达观测网，这样不仅能够获取区域性的大气参数三维空间的分布特征，而且能够满足对气候、气象、环境等方面的研究和相关科研人员对探测数据的需求。

基于激光雷达在大气探测方面的特有优势以及世界各个地区激光雷达数据资料的不断累积，它一定会在天气预报模式与气候模式的资料同化系统中发挥更大的作用，并为气候方面的相关研究做出更大的贡献。

[1]黄武汉.国外光激射技术的研究近况[J].科学通报，1965（2）：56-63.

[2]HONEY R C，EVANS W E.Laser raser（lidar）for meteorological observations[J].Review of Scientific Instruments，1966，37（4）：393-400.

[3]蒋南.激光雷达在环境监测中的应用和发展[J].电子科学技术评论，2005（1）：15-18.

[4]华灯鑫，宋小全.先进激光雷达探测技术研究进展[J].红外与激光工程，2008，37（13）：21-27.

[5]VAUGHAN M，WINKER D M，POWELL K.CALIOP algorithm theoretical basis document——part 2：Feature detection and layer properties algorithms[EB/OL].[2005-10-10].http://www -calipso.larc.nasa.gov/resources/project_documentation.php.

[6]WEIBRING P，ATOMIC P D.Remote ana-lysis of gas mixtures using an optical parametric oscillator based lidar system[C]//Europe：Lasers and Electro-Optics Europe，2003.

[7]BAKER D R，HECKENBERG N R，MEYER J.Heterodyne detection of pulsed CO2laser light scattered from ion acoustic waves in a plasma[J].Plasma Science，IEEE Transactions，1977，5（1）：27-30.

[8]王青梅，张以谟.气象激光雷达的发展现状[J].气象科技，2006，34（3）：246-249.

[9]尹青，何金海，张华.激光雷达在气象和大气环境监测中的应用[J].气象与环境学报，2009，25（5）：48-56.

[10]OLOFSON K F G，ANDERSSON P U，HALLQUIST M，et al.Urban aerosol evolution and particle formation during winter time temperature inversions[J].Atmospheric Enviroment，2009，43（2）：340-346.

[11]刘刚，史哲伟，尤睿.美国云和气溶胶星载激光雷达综述[J].航天器工程，2008，17（1）：78-84.

[12]BADARINATH K V S，KUMAR K S，RANI S A.Long-range transport of aerosols from agriculture crop residue burning in Indo-Gangetic Plains：A study using LIDAR,ground measurements and satellite data[J].Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics，2009，71（1）：112-120.

[13]PAFFRATH U，CHRISTIAN L，OLIVER R，et al.The airborne demonstrator for the direct-detection doppler wind lidar ALADIN on ADM-Aeolus.Part I:Instrument design and comparison to satellite instrument[J].Journal of Atmospheric&Oceanic Technology，2009，26（12）：2501-2515.

[14]杨辉，刘文清，陆亦怀，等.北京城区大气边界层的激光雷达观测[J].光学技术，2005，31（2）：221-223.

[15]白宇波，石广玉，田村耕一，等.拉萨上空大气气溶胶光学特性的激光雷达探测[J].大气科学，2000，24（4）：559-567.

[16]LAKKIS S G，LAVORATO M，CANZIANI P O.Monitoring cirrus clouds with lidar in the Southern Hemisphere：A local study over Buenos Aires.1.Tropopause heights[J].Atmospheric Research，2009，92（1）：18-26.

[17]伯广宇，谢晨波，刘东，等.拉曼激光雷达探测合肥地区夏秋季边界层气溶胶的光学性质[J].中国激光，2010，37（10）：2526-2532.

[18]KENT G S，TREPTE C R，SKEENS K M，et al.LITE and SAGE II measurements of aerosols in the southern hemisphere upper troposphere [J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1998，103（D15）：19111-19127.

[19]ANDERSON T L，MASONIS S J，COVERT D S，et al.In situ measurement of the aerosol extinction-to-backscatter ratio at a polluted continental site[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2000，105（D22）：26907-26915.

[20]POWELL D M，REAGAN J A，RUBIO M A，et al.ACE-2 multiple angle micro-pulse lidar observations from Las Galletas，Tenerife，Canary Islands[J].Tellus B，2000，52（2）：652-661.

[21]MULLER D，ANSMANN A，MATTIS I，et al.Aerosol-typedependent lidar ratios observed with Raman lidar[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2007，112（D16）.

[22]ANSMANN D，MULLER D，ALBERT A，et al.Scanning 6-Wavelength 11-Channel Aerosol Lidar[J].Journal of Atmospheric&Oceanic Technology，2000，17（11）：1469-1483.

[23]ANSMANN A，ALTHAUSEN D，WANDINGER U，et al.Vertical profiling of the Indian aerosol plume with six-wavelength lidar during INDOEX：A first case study [J].Geophysical Research Letters，2000，27（7）：963-966.

[24]DOHERTY S J，ANDERSON T L，CHARLSON R J.Measurement of the lidar ratio for atmospheric aerosols with a 180°Backscatter Nephelometer[J].Applied Optics，1999，38（9）：1823-1832.

[25]TATAROW B，SUGIMOTO N.Estimation of quartz concentration in the tropospheric mineral aerosols using combined Raman and high-spectral-resolution lidars[J].Optics Letters，2005，30（24）：3407-3409.

[26]TESCHE M，ANSMANN A，MULLER D，et al.Particle backscatter，extinction，and lidar ratio profiling with Raman lidar in south and north China[J].Applied Optics，2007，46（25）：6302-6308.

[27]NOH Y M，KIM Y J，MULLER D.Seasonal characteristics of lidar ratios measured with a Raman lidar at Gwangju，Korea in spring and autumn[J].Atmospheric Environment，2008，42：2208-2224.

[28]XIE C B，NISHIZAWA T.Characteristics of aerosol optical properties in pollution and Asian dust episodes over Beijing，China[J].Appl Opt，2008，47（27）：4945-4951.

[29]刘君.大气温度及气溶胶激光雷达探测技术研究[D].西安：西安理工大学，2008.

[30]范广强，刘建国，陈臻懿，等.一套测量对流层臭氧的差分吸收激光雷达系统[J].中国激光，2012，39（11）：1-7.

[31]张寅超，胡欢陵，邵石生.北京市大气SO2、NO2和O3的激光雷达监测实验[J].量子电子学报，2006，23（3）：346-350.

[32]吴永华，胡欢陵，胡顺星，等.瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层温度[J].大气科学，2002，26（1）：23-29.

[33]朱金山，刘智深，郭金家.高光谱分辨率激光雷达（HSRL）大气温度测量模拟[J].中国海洋大学学报，2005，35（5）：863-867.

[34]刘玉丽，张寅超，苏嘉.探测低空大气温度分布的转动拉曼激光雷达[J].光电工程，2006，33（10）：43-48.

[35]HARIS P A T.Pure Rotational Raman lidar for temperature measurements in the lower troposphere[D].Pennsylvania：The Pennsylvania State University，1995：1-15.

[36]解贞.拉曼散射激光雷达高精度探测大气温度研究[D].西安：西安理工大学，2011.

[37]吴永华，胡欢陵，胡顺星，等.瑞利-拉曼散射激光雷达探测大气温度分布[J].中国激光，2004，31（7）：851-856.

[38]卜令兵，郭劲秋，田力，等.用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达[J].强激光与粒子束，2010，22（7）：1449-1452.

[39]何涛，侯鲁健，吕波，等.激光雷达探测反演PM2.5浓度的精度研究[J].中国激光，2013，40（1）：1-6.

[40]焦艳.上海城区大气PM2.5浓度及气溶胶光学特性的观测研究[D].上海：复旦大学，2013.