4-23  差分吸收激光雷达测量NO₂浓度的实验

李国会  向汝建  叶一东  郑为民  季云松  何忠武  雒仲祥  胡晓阳

差分吸收激光雷达的探测机理是被探测气体对激光束能量的吸收。选择两束波长相近的激光，其中一束激光的波长选在被探测组分的吸收峰的中心，使其受到最大的吸收，该波长记为l_on，另一束激光的波长选在吸收峰的边缘，使其受到吸收尽可能小，或者不吸收，该波长记为l_eff。根据激光雷达方程可以推导出被探测组分随高度或距离的分布，可计算出被探测气体的浓度。

    利用车载激光雷达系统测量了NO₂的浓度。实验中，激光雷达的工作方式为短波-DIAL，采用共孔径收发系统，探测方向为东南方向，探测距离大约为3 km，探测高度约0.5~0.7 km，选择的Ti宝石激光器两通道的工作波长为l_on = 448.2 nm和l_eff = 446.8 nm，微分吸收截面Ds = 520 kPa^-1×cm-1。根据测量的回波信号处理后的NO₂浓度曲线，见图1。

从浓度曲线图可以看出，总是在约0.5 km的距离才能探测到NO₂，而在约3.5 km以后基本上没有NO₂，这是由激光雷达系统的探测能力所决定的，这跟设计指标相符。沿着探测路径，NO₂的浓度起伏不定，一方面是大气中NO₂分子浓度沿探测路径的分布本身就有差异，另一方面，与Ch1和Ch2两个通道中各相关元器件的探测灵敏度有关。通过与其他设备的对比测量，其结果表明，可以利用该差分激光雷达系统对NO₂或其他气体成分进行有效的测量。