Atmosfärisk lidar

För bredare täckning av detta ämne, se Lidar .

Atmosfärisk lidar är en klass av instrument som använder laserljus för att studera atmosfäriska egenskaper från marken upp till toppen av atmosfären . Sådana instrument har använts för att studera bland annat atmosfäriska gaser, aerosoler, moln och temperatur.

Historia

De grundläggande koncepten för att studera atmosfären med hjälp av ljus utvecklades före andra världskriget . 1930 föreslog EH Synge att man skulle studera densiteten i den övre atmosfären med hjälp av en strålkastare . Under de följande åren användes strålkastarstrålar för att studera molnhöjd med hjälp av både scanning och pulserande ljus. Avancerade tekniker för att studera molnegenskaper med hjälp av spritt ljus med olika våglängder föreslogs också. Med de första experimenten observerades ljusspridningsmönster i troposfären som inte var kompatibla med en ren molekylär atmosfär. Denna inkompatibilitet tillskrevs suspenderade dispartiklar. Liknande tekniker utvecklades också i Sovjetunionen. Strålkastartekniken fortsatte att förbättras efter krigets slut, med mer exakta instrument och nya atmosfäriska parametrar, som temperatur. Samtidigt användes pulserande ljus för att konstruera en avståndsmätare för att mäta avståndet av föremål, men förblev bara en experimentell design.

1960 demonstrerade T. Maiman den första funktionella lasern vid Hughes Research Laboratories . Demonstrationen var ett avgörande ögonblick för lidarutveckling. Strax därefter utvecklade ingenjörer på Hughes Aircraft Company en laseravståndsmätare med hjälp av rubinlaserljus . Den nya enheten, som heter colidar (koherent ljusdetektion och avstånd), fick stor publicitet. 1962 använde L. Smullin och G. Fiocco en rubinlaser för att upptäcka ekon från månen . Under sina experiment observerade de ljus spritt i den övre atmosfären som de tillskrev dammpartiklar. Snart konstruerade flera forskargrupper liknande enheter för att observera atmosfären. År 1969 användes "över 20 lasrar av meteorologer i USA på åtminstone semi-rutinbasis" för olika tillämpningar, inklusive aerosolmätningar, observationer av undersynliga cirrus och nattlysande moln och siktmätning

Design

Figur 1. Lidar Schematisk konfiguration

En förenklad representation av en lidar-uppställning visas i figur 1. Transmissionsenheten består av en laserkälla, följt av en serie speglar, och en strålexpanderare som skickar den kollimerade ljusstrålen vertikalt upp till den öppna atmosfären . En del av den överförda strålningen sprids av atmosfäriska komponenter (dvs. gaser, molekyler, aerosoler, moln) bakåt till lidar, där den samlas upp av ett teleskop . Det bakåtspridda ljuset drivs till en optisk analysator där den optiska signalen först separeras spektralt, förstärks och omvandlas till en elektrisk signal. Slutligen digitaliseras signalen och lagras i en datorenhet.

Ansökningar

Moln

Lidarer har visat sig vara användbara för klassificering av molntyper (dvs cumuli kontra cirrus). Molngränser kan hämtas från en markbaserad lidar som arbetar på ett synligt och/eller nära infrarött band. Molnbaserad höjd kan identifieras av tidsskillnaden mellan laserpulsens transmittans till himlen och detekteringen av det bakåtspridda ljuset av teleskopet. Laserstrålen dämpas alltid när den tränger igenom molnen. Men när en kraftfull laser (t.ex. Nd:YAG-laser med hög energi per puls) används, kan molntoppar också hämtas. En annan fysisk parameter som kan hämtas är molnfasen. Genom att använda en linjär polariserad laserstråle kan ett linjärt partikeldepolarisationsförhållande (δ) definieras som förhållandet mellan uppmätt vinkelrät backscatter-intensitet över parallell backscatter-intensitet med avseende på sändarens polarisationsaxel:

$\delta ={\frac {I_{\perp }}{I_{\parallel }}}$

När denna parameter är noll (den bakåtspridda signalen är linjärt polariserad) innehåller molnet sfäriska vätskedroppar. Men när molnet innehåller iskristaller kommer tillbakaspritt ljus till mottagarenheten med en korspolariserad komponent och δ har ett högre värde (0 < δ < 1). Vätskedroppar tenderar att bete sig som symmetriska spridningselement, medan iskristaller är asymmetriska.

Användningen av polarisationsförhållandet inkluderar i allmänhet ett implicit antagande att partiklarna i volymen är slumpmässigt orienterade. Polarisationsegenskaperna hos orienterade partiklar kan inte korrekt representeras av depolarisationsförhållandet. Iskristaller är kända för att orientera sig horisontellt när de är tillräckligt stora för att dragkrafter övervinner de randomiserande effekterna av Brownsk rörelse. Regn är också allmänt orienterat, där dragkrafter plattar ut dropparna längs fallriktningen. I sådana fall kan det uppmätta depolarisationsförhållandet bero på det speciella polarisationstillstånd som används av lidarsystemet. Vissa polarisationslidarsystem kan mäta hela backscatter-fasmatrisen, och därigenom undvika tvetydigheten i depolarisationsförhållandet när orienterade partiklar är närvarande.

Aerosolpartiklar

En av de största osäkerheterna för klimatförändringarna är vikten av aerosol direkta och indirekta effekter. Osäkerheterna betonades i den fjärde utvärderingsrapporten från Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC). Den stora mångfalden av aerosoloptiska egenskaper, inklusive deras källor och de meteorologiska processer de utsätts för, kräver vertikalt upplösta mätningar, som endast kan utföras med rutinmässiga lidarobservationer. Nätverk av aerosollidarer såsom European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET) etablerades för att undersöka aerosolegenskaper, tillsammans med transport- och modifieringsfenomen, på ett sammanhängande sätt i regional till kontinental skala. Från och med 2015 består EARLINET av 27 lidar-stationer med mer än 44 000 profiler. Elastic-backscatter lidars (EBL) har använts flitigt för att undersöka moln och aerosollager sedan 1960-talet. EBL:er upptäcker den totala tillbakaspridda signalen (partikel- och molekylära bidrag). Profiler för extinktionskoefficienten måste uppskattas med hjälp av den molekylära signalen och antagandet om ett villkorligt "konstant" (i grova drag) förhållande mellan aerosolextinktion och backscatter, kallat lidar-förhållandet. Huvudekvationen involverad, känd som lidarekvationen är:

$P(r)={\frac {EL}{r^{2}}}O(r)\left[\beta _{\mathrm {aer} }(r)+\beta _{ \mathrm {mol} }(r)\right]e^{-2\int _{0}^{r}\alpha _{\mathrm {aer} }(s)+\alpha _{\mathrm {mol} }(s)\,ds},$

 

 

 

 

()

där P(r) är effekten av den tillbakaspridda strålningen som tas emot av lidar-teleskopet på avstånd r , E är sänd laserpulsenergi, L är lidarkonstanten som sammanfattar dess optiska egenskaper och detektionsegenskaper, O(r) är överlappningsfunktionen, och $\beta _{\mathrm {aer/mol} }(r)$ och $\alpha _{ \mathrm {aer/mol} }(r)$ är aerosol/molekylär backscatter- respektive extinktionskoefficient. Molekylär backscatter och extinktion kan härledas av meteorologiska data, därför är de enda okända i lidarekvationen $\beta _{\mathrm {aer/mol} }(r)$ och $\alpha _{\mathrm {aer/mol} }(r)$ . Men lidarkvoten, som en intensiv aerosolegenskap, beror starkt på partiklarnas storlek, morfologi och kemiska sammansättning och är mycket varierande med avseende på höjd, vilket ofta riskerar utrotningsprofilens trovärdighet. Processen för att beräkna backscatter- och extinktionskoefficientprofiler från EBL-returer är allmänt känd som Klett-metoden och formaliserades ursprungligen av Hitschfeld och Bordan 1954. Den tidigare nämnda defekten vid uppskattning av extinktionsprofiler övervinns av Raman (oelastisk) backscatter-lidar och högspektral upplösning lidar (HSRL). Raman lidar fungerar genom att dessutom mäta den oelastiska tillbakaspridningen av kväve- och/eller syremolekyler. HSRL använder ett bearbetningssätt men erhåller det ytterligare måttet på endast molekylär återspridning vid den transmitterade våglängden genom att blockera de spektralt smala aerosolreturerna och passera de spektralt breda molekylära returerna. Dessa tekniker ger en direkt beräkning av extinktionskoefficienten, vilket eliminerar behovet av ett lidarkvotantagande eftersom alla ytterligare termer som är involverade (t.ex. den molekylära extinktionskoefficienten) hanteras av meteorologiska (t.ex. radioljud) och standardatmosfärdata. Efter några matematiska manipulationer av lidarekvationen lyder den utrotningsrelaterade ekvationen:

${\alpha _{\mathrm {aer} }}(r,{\lambda _ {inc}})={\frac {{\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} r}}\vänster[\ln {\frac {N_{\mathrm {sca} }}{{r ^{2}}P(r,{\lambda _{\mathrm {sca} }})}}\right]-{\alpha _{\mathrm {mol} }}(r,{\lambda _{\mathrm {inc} }})-{\alpha _{\mathrm {mol} }}(r,{\lambda _{\mathrm {sca} }})}{1+{\left({\frac {\lambda _ {inc}}{\lambda _{\mathrm {sca} }}}\right)}^{\mathrm {\AA} (r)}}},$

 

 

 

 

()

där subskripten "inc" och "sca" hänvisar till det infallande laserljuset respektive det förskjutna bakåtspridda ljuset (i HSRL är dessa termer desamma vilket ytterligare förenklar ekvationen, men distinktionen behövs i fallet med Raman lidar), N är kväve/syremolekylens taltäthet och $\mathrm {\AA}$ är Ångström-exponenten . En nackdel med denna metod är närvaron av ett derivat i den resulterande extinktionskoefficientformeln ( 2 ), vilket resulterar i potentiell numerisk instabilitet, vilket introducerar ett aktivt forskningsfält.

Inversion av aerosolens mikrofysiska egenskaper

Att extrahera partiklars mikrofysikaliska egenskaper motiveras av behovet av en djupare förståelse av effekten av aerosoler på klimatet genom att undersöka deras rumsliga och tidsmässiga variationer. En nyckelparameter är fördelningen av antalet partiklar i förhållande till deras storlek. Andra mikrofysiska parametrar som involverar karakteriseringen av aerosoler är den genomsnittliga (effektiva) radien, den totala volymen och ytareakoncentrationen, det komplexa brytningsindexet och enkelspridningsalbedo (klimatpådrivning). Medan att känna till aerosolens egenskaper (framåtproblem) och att förutsäga lidarsignalen är en enkel beräkning, är den omvända processen matematiskt dåligt ställd (dvs. icke-unika och ofullständiga lösningsutrymme), vilket visar en stark känslighet för ingångsosäkerheter. Optiska parametrar kan erhållas från mätningar med användning av elastiska-Raman-lidarsystem med flera våglängder. Parametrarna används som indata till inversionsalgoritmerna. Extinktionskoefficienterna ( $\alpha$ ) och backscatter ( $\beta$ ) mätt med en multi-våglängds ( ${\displaystyle \lambda })$ lidar är relaterad till talstorleksfördelningen via Fredholm-integralen ekvation av det första slaget:

${\Gamma _{\alpha /\beta }}(\lambda ) =\int \limits _{r_{\min }}^{r_{\max }}{{K_{\alpha /\beta }}(r,\lambda ;m)n(r)dr},$

 

 

 

 

()

där r är partikelradien, m är det komplexa brytningsindexet och ? är kärnfunktionerna som sammanfattar storleken, formen och sammansättningen av partiklar. Det icke-linjära beroendet av brytningsindex hanteras vanligtvis genom att anta ett rutnät av genomförbara alternativ. Lösningsutrymmet byggs och begränsas ytterligare av fysiska och/eller matematiska begränsningar och partikelstorleksgränserna [ $\displaystyle \left[r_{\min },r_{\max }\right]}$ är också förbestämd. Modellen Eq. ( 1 ) antar vidare ett våglängdsoberoende brytningsindex. Våglängden är begränsad till flera diskreta värden beroende på nuvarande teknologi och tillgängligheten av lidarsystemet. Den minsta optiska datainställningen består av 5 värden, där $\lambda _{i}=\{355,532,1064\}$ nm, $i=\{1,2,3\}$ . Ekv. ( 1 ) måste diskretiseras eftersom det inte kan lösas analytiskt. Teorin om omvända illa ställda problem visar att potentiella brusiga komponenter i lidardata kommer att få lösningen att sprängas, oavsett felnivåns storlek. Regulariseringsmetoder används för att motverka inversionens inneboende instabilitet. Målet med dessa metoder är att filtrera bort de bullriga komponenterna i lösningarna och samtidigt behålla så mycket av lösningens innehåll som möjligt. Den ideala kompromissen mellan brus och regelbundenhet uttrycks av de så kallade parametervalsreglerna. Vanligt använda regulariseringsmetoder är Truncated Singular Value Decomposition , Tikhonov-regularisering kombinerat med diskrepansprincipen, L-kurvmetoden eller metoden för generaliserad korsvalidering som en parametervalsregel. Medan modellen Eq. ( 1 ) ger en rimlig approximation för nästan sfäriska partiklar (t.ex. biomassabrännande aerosoler), den ger inte längre en hållbar beskrivning för det icke-sfäriska fallet. Partikelformen är känd för att ha betydande effekter för spridningen i sid- och bakåtriktning. Nyligen genomförda studier visar att den sfäroidala partikelapproximationen kan reproducera optiska data mycket mer exakt än sfärer.

Gaser

Lidar-system kan användas för att mäta koncentrationsprofiler av atmosfäriska gaser (dvs vattenånga , ozon ) och industriella utsläpp (dvs SO ₂ , NO ₂ , HCl ). Sådana mätningar utförs med två grundläggande typer av lidar; Raman lidar och differentiell absorptionslidar (DIAL). I den första typen detekterar Raman-lidar spridningen av laserstrålen på grund av Raman-spridningen . Frekvensförskjutningen som induceras av sådan spridning är unik för varje molekyl och fungerar som en "signatur" för att upptäcka dess specifika bidrag. Den andra typen, DIAL-system, avger två strålar med två distinkta frekvenser. Den ena strålen är avstämd exakt på en molekylär absorptionslinje och den andra strålen är avstämd i en närliggande våglängd utan molekylär absorption. Genom att undersöka intensitetsskillnaden för det spridda ljuset vid de två frekvenserna kan DIAL-system separera bidraget från den specifika molekylen i atmosfären.

Temperatur

Lidar-system kan mäta atmosfärstemperatur från marken upp till cirka 120 km med en mängd olika tekniker, var och en anpassad för ett specifikt höjdområde. Toppmoderna lidar-system kan kombinera flera av dessa tekniker i ett system.

Mätning av temperatur i den nedre delen av atmosfären görs vanligtvis genom att dra fördel av temperaturberoende förändringar i molekylär spridning eller absorptionsegenskaper. Roterande Raman-system kan dra fördel av det temperaturberoende spridningsspektrumet för det roterande Raman-bandet av laserljus som sprids från referensgaser som kväve och syre . Genom att bara mäta detta Raman-förskjutna spridda ljus, kan sådana system bestämma temperaturprofilen upp till 40 km under natten och upp till 12 km under dagen, även om räckvidden är en funktion av mättiden med längre integrationer som krävs till höga höjder. Roterande Raman lidar har varit en användbar aktiv fjärrprofileringsteknik för atmosfärisk temperatur, men implementeringar har krävt extern kalibrering. Detta är inte en inneboende nödvändighet, men det har varit liten framgång med att utveckla effektiva metoder för att direkt mäta de nödvändiga mottagarkalibreringstermerna, så istället justeras dessa termer vanligtvis för att få Raman-temperaturuppskattningen att matcha en extra temperaturmätning (vanligtvis radiosonder ) .

Konceptet att använda Differential Absorption Lidar (DIAL) för profilering av temperatur i den lägre atmosfären (yta till 6 km) föreslogs under hela 1980-talet. Tekniken föreslog att sondera en temperaturberoende syreabsorptionslinje nära 770 nm. Fördelen med DIAL-temperaturprofilering är att den inte kräver extern kalibrering. Men effekten av spektral breddning av molekylära spridare gjorde problemet med att mäta syreabsorption med lidar svårlöst i flera decennier. Det var inte förrän 2019 när denna teknik framgångsrikt demonstrerades med hjälp av en mångsidig diodlaserbaserad arkitektur som kombinerade vattenånga DIAL, oxygen DIAL och en högspektral upplösning lidar (HSRL) i ett enda system. HSRL mäter direkt det relativa förhållandet mellan molekylärt och aerosolspritt ljus som behövs för att korrigera syreabsorptionsspektroskopin, medan vattenångan DIAL ger en korrigering av syretalstätheten. Även med de extra mätningarna är inversionen för att erhålla temperatur betydligt mer komplicerad än traditionella DIAL-tekniker.

Elastiska backscatter-lidarer används för att härleda temperaturprofiler från den övre atmosfären (~ 30 km till ~ 100 km). Utan närvaro av moln eller aerosol beror det tillbakaspridda laserljuset från dessa höjder endast på molekylär spridning. Den mottagna signalen är proportionell mot molekylär numerisk densitet, som i sin tur är kopplad till temperatur baserat på den ideala gaslagen. Temperaturprofiler på högre höjder, upp till 120 km, kan härledas genom att mäta breddningen av absorptionsspektra för atomer av metaller som Na, Ca, K och Fe.

Vind

₀₀₀ Lidarer kan hämta hela vindvektorn baserat på den optiska dopplereffekten . De så kallade Doppler-lidarerna kan fånga rörelsen hos molekyler och partiklar genom att detektera frekvensförskjutningen av det bakåtspridda ljuset. I synnerhet om man antar att den emitterande strålningen har en frekvens f =c/λ , där λ är våglängden för laserstrålen, för ett rörligt mål (dvs aerosolpartikel eller molekyl) med en relativ siktlinjehastighet v , har det bakåtspridda ljuset som detekteras av lidarmottagaren en frekvensförskjutning lika med Δf=2v/c. Partikelhastigheten definieras där en positiv siktlinjehastighet betyder att ett mål rör sig mot lidaren och leder till ett positivt frekvensskifte. I litteraturen om lidartillämpningar kallas siktlinjehastigheten alltid för radiell hastighet. Storleken på skiftet kan detekteras med flera metoder, den viktigaste är koherent och direktdetekteringstekniker

När aerosoler används som spårämnen beror styrkan på retursignalen på aerosolbelastningen i atmosfären och detta är känt för att vara beroende av geografisk plats, atmosfärens tillstånd och den synoptiska situationen. Den operativa våglängden kan vara vilken våglängd som helst som är känslig för de underliggande partikelstorlekarna. Generellt sett förbättras aerosolåtergången vid lägre våglängder i UV-bandet. Icke desto mindre blir lidarsignalen känsligare för luftmolekyler i UV-bandet, och ett förväntat aerosol-till-molekyl backscatter-förhållande är svårare att uppfylla. Doppler-lidarer är vanligtvis pekade mot zenit och ger vertikalt upplösta profiler av den vertikala vindkomponenten. Scanningstekniker används för att hämta den horisontella vindkomponenten.

Flera sådana system drivs från marken för applikationer relaterade till t.ex. flygplatser, vindkraftsparker, studier av planetariska gränsskiktsturbulensen etc. ADM- Aeolus satellituppdrag från European Space Agency kommer att vara den första vind-lidar som opererar från rymden .

JAXA och Mitsubishi Electric utvecklar SafeAvio luftburna lidar för att halvera olyckor på grund av turbulens i klar luft . Prototypen på 1,9 kW, 148 kg (325 lb.) har en rumslig upplösning på 300 m (980 fot) och en 1-30 km (0,5-16 nmi) fjärravkänningsräckvidd reducerad till 9 km vid 40 000 fot Den kommer att varna besättningen att säga åt passagerare att spänna fast säkerhetsbälten, innan den utvecklar automatisk attitydkontroll för att minimera skakningar. Prototypen flygtestades i Boeings 777F EcoDemonstrator i mars 2018, mål och krav bör fastställas i mars 2019, och en genomförbarhetsrapport ska vara klar i mars 2020 innan ett beslut om att utveckla systemet.

Metalliska arter i atmosfären

Lidarer drar fördel av resonansspridning i den övre atmosfären för att detektera metallatomer. I sådana system måste det emitterade laserljuset justeras i resonansfrekvensen för de studerade arterna. De första sådana mätningarna var upptäckten av atomlager av metalliskt natrium (Na) i mesopausen. Samma teknik används nu för att detektera metalliskt kalium (K), litium (Li), kalcium (Ca) och kalciumjon (Ca-jon) och järn (Fe). Dessa mätningar ger viktig information i ett understuderat område av atmosfären och har hjälpt till att öka kunskapen om arternas koncentration, ursprung och den komplexa atmosfäriska dynamiken på dessa höjder.

Tillämpningar av lidar på väder och klimat

Det planetariska gränsskiktet (PBL) är den del av troposfären som direkt påverkas av närvaron av jordytan och reagerar på ytkrafter med en tidsskala på ungefär en timme eller mindre. Konvektiva turbulenta blandningsprocesser är dominerande i det blandade skiktet (ML) av PBL och har stor inverkan på tillväxten och transporten av atmosfäriska föroreningar. Meteorologiska variabler (dvs temperatur , luftfuktighet , vind ) i PBL är kritiskt viktiga som input för tillförlitliga simuleringar i luftkvalitetsmodeller. En av nyckelparametrarna som bestämmer den vertikala utsträckningen av ML är PBL-höjden.

Ur ett observationsperspektiv har PBL-höjd historiskt mätts med radiosonder , men på senare år har fjärranalysinstrument som lidar använts. Eftersom det är välkänt att PBL-höjden varierar mycket i både tid och rum, i storleksordningen några meter och flera minuter, är radioljud inte det optimala valet för observationer av PBL-höjd. Konceptet med att använda lidar för att detektera PBL-höjd bygger på antagandet att det finns en stark gradient i koncentrationen av aerosoler i ML kontra den fria atmosfären. En fördel med att använda fjärravkänningsinstrument framför radiosonder för detektering av PBL-höjden är möjligheten till nästan kontinuerlig övervakning kontra typiska observationer av två gånger per dag från radiosonder. Kontinuerlig övervakning av PBL-höjden kommer att möjliggöra en bättre förståelse av djupet av konvektiva turbulenta processer i ML som är en primär drivkraft för luftföroreningar.

Djupet av PBL definieras som höjden av inversionsnivån som skiljer den fria troposfären (FT) från gränsskiktet. Normalt vid toppen av PBL når flytkraftsflödet ett minimum och stora gradienter av potentiell temperatur , vattenånga och aerosoler observeras. Att identifiera en exakt position för djupet av PBL är väsentligt för tillförlitlig representation av parametrar i meteorologiska modeller och luftkvalitetsmodeller eftersom PBL är regionen med maximal turbulens. Det är välkänt att konvektiva blandningsprocesser är dominerande i PBL, vilket i sin tur påverkar strukturen och sammansättningen av aerosoler. Att känna till den vertikala utsträckningen av den konvektiva blandningen kommer att möjliggöra en mer exakt bild av atmosfären i gränsskiktet. På senare år har fjärranalysinstrument som lidar använts för att identifiera och observera PBL-höjden. En fördel med att använda lidar är dess högupplösta tidsmässiga och vertikala spatiala täckning som möjligen kan drivas kontinuerligt och i en nästan automatiserad status. Således kan en momentan PBL-höjd registreras vilket möjliggör mer djupgående analyser såsom dygnsutveckling och långsiktiga klimatstudier.

Flera metoder har använts för att bestämma PBL-höjden från lidarobservationer. De är både objektiva och subjektiva metoder. Objektiva metoder består av olika former av derivatmetoder, waveletanalysmetoder, variansmetoden och den ideala profilanpassningsmetoden. Visuella inspektionsmetoder används sällan som ett subjektivt tillvägagångssätt men de är inte det bästa tillvägagångssättet.

Ceilometers är en markbaserad Lidar optimerad för mätning av moln på flygplans inflygningsväg, de kan även användas för PBL-studier.

Scheimpflug lidar

En annan lidarteknik för atmosfärisk fjärranalys har dykt upp. Den är baserad på Scheimpflug-principen , kallad Scheimpflug lidar ( slidar ) .

" Innebörden av Scheimpflug-principen är att när en laserstråle sänds ut i atmosfären, är backspridningsekot för hela den lysande sondvolymen fortfarande i fokus samtidigt utan att minska bländaren så länge som objektplanet, bildplanet och linsplanet korsar varandra ". En tvådimensionell CCD/CMOS-kamera används för att lösa tillbakaspridningsekot från den sända laserstrålen.

Såsom i fallet med konventionella lidarteknologier kan kontinuerliga vågljuskällor såsom diodlasrar användas för fjärravkänning istället för att använda komplicerade nanosekundspulsljuskällor. SLidar-systemet är också ett robust och billigt system baserat på kompakta laserdioder och arraydetektorer. Ett kontinuerligt våg (CW) NO ₂ DIAL-system baserat på Scheimpflug-principen har utvecklats genom att använda en kompakt högeffekt CW multimode 450 nm laserdiod som ljuskälla. Laseremissioner vid on-line och off-line våglängder av NO ₂ absorptionsspektrat implementeras genom avstämning av laserdiodens insprutningsström. Lidar-signaler detekteras av en CCD-bildsensor med 45° lutning som uppfyller Scheimpflug-principen. Räckviddsupplösta NO ₂ -koncentrationer på en nära horisontell väg erhålls av NO ₂ DIAL-systemet i intervallet 0,3–3 km och visar god överensstämmelse med de som mäts av en konventionell övervakningsstation för luftföroreningar. En detektionskänslighet på ± 0,9 ppbv vid 95 % konfidensnivå i området 0,3–1 km uppnås med 15 minuters medelvärde och 700 m räckviddsupplösning under timmar av mörker, vilket möjliggör noggrann koncentrationsmätning av omgivande NO ₂ . Det billiga och robusta DIAL-systemet som demonstreras i detta arbete öppnar många möjligheter för fält NO ₂ fjärranalysapplikationer.

Se även

• Atmosfäriskt ljud

Vidare läsning

•   Kovalev, Vladimir A.; Eichinger, William E. (2004). Elastisk lidar: Teori, praktik och analysmetoder . New York: John Wiley & Sons. doi : 10.1002/0471643173 . ISBN 9780471643173 .
• Measures, Raymond M. (1984). Laser fjärranalys: grunder och tillämpningar . Wiley.
•   Weitkamp, ​​Claus (2005). Weitkamp, ​​Claus (red.). Lidar: Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere . Springer-serien i optiska vetenskaper. Vol. 102. Springer. doi : 10.1007/b106786 . ISBN 978-0-387-40075-4 .