CHM15K氣溶膠激光雷達(dá)：工作原理與實(shí)用應(yīng)用解析

CHM15K氣溶膠激光雷達(dá)本質(zhì)上是一款“大氣探測望遠(yuǎn)鏡"，核心原理很簡單：通過發(fā)射激光脈沖探測大氣中的氣溶膠和云層，再分析反射信號(hào)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。它采用單波長后散射技術(shù)，搭載1064納米的窄線寬釔鋁石榴石固態(tài)激光器，這種波長的激光不僅能有效避免大氣中水汽的吸收干擾，還屬于對人眼安全的1M激光等級(jí)，適合全天候不間斷觀測。

具體工作時(shí)，激光器會(huì)持續(xù)發(fā)射帶寬僅0.1nm的短激光脈沖，這些脈沖射向高空后，會(huì)與大氣中的氣溶膠粒子、空氣分子以及云層發(fā)生碰撞并產(chǎn)生散射。儀器搭載的高靈敏度光學(xué)接收器會(huì)捕捉這些散射回來的信號(hào)，同時(shí)精準(zhǔn)記錄激光脈沖的飛行時(shí)間和散射強(qiáng)度?；诠獾膫鞑ニ俣群愣ㄟ@一基本原理，通過計(jì)算脈沖往返的時(shí)間差，就能準(zhǔn)確換算出散射目標(biāo)的高度；而分析散射信號(hào)的強(qiáng)度變化，則能進(jìn)一步判斷氣溶膠的濃度、云層的密度等關(guān)鍵參數(shù)。值得一提的是，它采用的光子計(jì)數(shù)方法和雙鏡頭設(shè)計(jì)，不僅能實(shí)現(xiàn)5米級(jí)的高精度測量，還能通過鏡頭自檢功能確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，有效抵抗環(huán)境光干擾。

這款儀器的測量范圍可達(dá)15公里，能清晰探測到近地面的霧、揚(yáng)塵，高空的氣溶膠層甚至高達(dá)15公里的卷云，最多可同時(shí)識(shí)別9個(gè)云層，還能輸出氣溶膠后散射廓線、消光系數(shù)等核心數(shù)據(jù)，為大氣研究提供精準(zhǔn)支撐。其穩(wěn)定的性能得益于特殊設(shè)計(jì)：窄波段過濾器能過濾雜光，長壽命固態(tài)激光器確保持續(xù)工作，即便在-40℃至55℃的環(huán)境下，也能保持正常運(yùn)行，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，適合各類戶外場景。

在實(shí)際應(yīng)用中，CHM15K的身影遍布多個(gè)領(lǐng)域。在氣象觀測領(lǐng)域，它是氣象部門的“得力助手"，能精準(zhǔn)監(jiān)測霧、云量、垂直能見度等參數(shù)，為天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持，尤其在強(qiáng)對流天氣來臨前，可提前捕捉氣溶膠層的異常變化。在機(jī)場運(yùn)行中，它更是保障飛行安全的關(guān)鍵設(shè)備，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測云層高度、穿透深度和垂直能見度，幫助機(jī)場判斷航班起降條件，避免大霧、低云等天氣對飛行造成影響。

環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，CHM15K發(fā)揮著重要作用，無論是城市空氣質(zhì)量監(jiān)測還是偏遠(yuǎn)地區(qū)氣溶膠研究，都能精準(zhǔn)捕捉PM2.5、揚(yáng)塵等污染物的垂直分布和擴(kuò)散趨勢。例如在蘭州遠(yuǎn)郊的氣溶膠特性研究中，科研人員借助它獲取了長期的氣溶膠垂直分布數(shù)據(jù)，為分析區(qū)域大氣污染來源和擴(kuò)散規(guī)律提供了核心依據(jù)。在科學(xué)研究方面，它常被用于行星邊界層氣溶膠特性研究，美國NOAA的研究就曾利用它校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)分析城市氣溶膠分布，其結(jié)果與衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)性高達(dá)0.95以上，充分證明了其數(shù)據(jù)可靠性。此外，它還能融入大型觀測網(wǎng)絡(luò)，為氣候變化研究、大氣環(huán)境評(píng)估等提供持續(xù)穩(wěn)定的觀測數(shù)據(jù)，成為大氣科學(xué)領(lǐng)域的重要工具。