气溶胶激光雷达，又名气象激光雷达，是一种用于地球科学领域的大气探测仪器。气溶胶激光雷达的主要探测原理是通过发射激光并接收其被气溶胶和空气分子散射的回波信号，经过分光、转换、采集和处理，最终获取气溶胶特征信息。其常用于辅助常规地面监测技术探测气溶胶垂直分布及其快速变化。
1966年，中国科学院大气物理研究所与上海光学精密机械研究所共同研制中国第一台大气探测激光雷达。1994年，搭载发现号航天飞机升空的LITE激光雷达是世界上第一台星载激光雷达。2006年4月，CALIPSO卫星搭载全球首个星载云与气溶胶激光雷达（CALIOP）成功投入使用。
气溶胶激光雷达的主要类型有米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、荧光激光雷达等。其是由发射系统、接收系统和信号检测系统三部分组成，发射波长为532nm，接收通道包括532nmP、532nmS和607nm。气溶胶激光雷达主要运用的是偏振式的激光雷达检测技术，应用这种检测技术的激光雷达统称偏振式微波探测发射激光雷达。气溶胶激光雷达将朝着小型化、智能化、易维护、高稳定性等方面发展。随着探测参量越来越多，且人工智能算法的加入，将获得更为准确、更丰富的气溶胶参数，例如粒子谱、复折射指数、吸收系数、单次散射反照率SSA等。
历史沿革
1966年，中国科学院大气物理研究所与上海光学精密机械研究所共同研制中国第一台大气探测激光雷达。随着探测业务需求与光电技术的快速发展，中国多家科研院所也开展了大量的大气探测激光雷达的仪器研发与应用研究，例如，中国科学院安徽光学精密机械研究所、上海光学精密机械研究所、武汉物理与数学研究所，西安理工大学、武汉大学、中国海洋大学、浙江大学、兰州大学等。激光雷达已被广泛应用于地基观测网与卫星观测，获得连续、可靠的区域或全球气溶胶光学物理特性观测数据资料。例如，美国航空航天局（NASA）建设以全自动运行的微脉冲米散射激光雷达为主的MPLNET（Welton等，2018），欧洲航空局（欧洲航天局）主导建设的以拉曼激光雷达系统为主的欧洲激光雷达观测网EARLINET（Pappalardo等，2014），日本科研机构建设的以偏振激光雷达为主的东亚沙尘观测激光雷达网安东尼·戴维斯net（Murayama等，2001；Sugimoto等，2018），以及全球大气成分变化探测网NDACC（DeMazière等，2018）、美国东部激光雷达观测网REALM（Hoff等，2005）、独立国家联合体激光雷达网CIS-LINET（Chaikovsky等，2006）等。1994年，搭载发现号航天飞机升空的LITE激光雷达是世界上第一台星载激光雷达（McCormick和Hostetler，1995）。2006年4月，CALIPSO卫星搭载全球首个星载云与气溶胶激光雷达（CALIOP）成功投入使用。CALIOP采用532nm和1064nm两个波长，拥有偏振探测能力可更准确地区分云和气溶胶类型，为气溶胶—云—气候效应评估提供了全球气溶胶的三维时空分布。
工作原理
气溶胶激光雷达的主要探测原理是激光器向大气中发射的激光被气溶胶、空气分子散射与吸收后，其中散射回波信号被天文望远镜接收，然后通过精细分光、提取再使用光电探测器转换成电信号，采用高速数据采集卡获得数据并保存，最后进行数据处理与反演就可以得到气溶胶特征信息。
结构组成
气溶胶激光雷达系统主要是由发射系统、接收系统和信号检测系统三部分组成。发射系统包含脉冲激光器和光束准直器。首先脉冲激光器输出光源，光束准直器将输出的激光扩束后再通过反射镜反射至大气中，与大气中的物质相互作用，产生散射信号。接收系统主要由望远镜和接收光路（窄带滤光片、光阑等）组成。望远镜通过一定的视场角来接收大气中物质的后向散射光，然后通过滤波片滤除背景光和杂散光，最终获得所需要波长的信号光。信号检测系统主要是由光电探测器和采集器组成，首先由光电转换器将光信号转换为电信号，然后由光子计数卡进行采集，最后通过计算机的处理并存储回波信号。
常见分类
气溶胶激光雷达的主要类型有米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、荧光激光雷达等。
参考资料
技术指标
参考资料
关键技术
气溶胶激光雷达主要运用的是偏振式的激光雷达检测技术，应用这种检测技术的激光雷达统称偏振式微波探测发射激光雷达。
性能特点
气溶胶激光雷达具有较短的波形、很强的方向性、良好的单色性、较高的抗干扰能力、较小的体积等特点。
应用领域
气溶胶激光雷达常用于辅助常规地面监测技术探测气溶胶垂直分布及其快速变化。平台提供了收集气溶胶激光雷达数据的接口，可利用激光雷达数据绘制气溶胶激光雷达反演结果时间序列图，包括消光系数和退偏振比等参数。
发展趋势
气溶胶激光雷达的主要发展趋势有以下几方面：（1）硬件技术方面：将朝着小型化、智能化、易维护、高稳定性等方面发展，甚至在不久的将来实现可搭载在无人机平台上的气溶胶激光雷达；（2）反演算法方面：随着探测参量越来越多，且人工智能算法的加入，将获得更为准确、更丰富的气溶胶参数，例如粒子谱、复折射指数、吸收系数、单次散射反照率SSA等。（3）地基雷达观测网：全球已经有多个地基激光雷达网，今后将会有更多覆盖更大范围的气溶胶观测网络陆续建立或完善，如兰州大学正在建设的“一带一路”激光雷达网。这些观测网有望发展成为各具特色的、高度融合的全球性数据共享激光雷达网络；（4）星载激光雷达观测：CALIPSO卫星已提供连续15a的全球气溶胶和云三维时空分布观测资料，2022年4月中国成功发射了大气环境监测卫星，这是全球首颗激光雷达二氧化碳探测卫星，也是中国第一颗可探测全球气溶胶和云三维分布的星载激光雷达卫星。今后还会发射更多的可探测气溶胶的星载激光雷达，例如欧洲航天局和日本宇航局合作的EarthCARE卫星，以及中国即将发射的另一颗星载激光雷达。这些丰富的星载激光雷达观测数据，将极大地推动气溶胶环境与气候效应相关研究。
相关事件
2024年11月28日，蓟州网友拍到天空不明物体，朋友圈调侃“天上一根‘葱’，是彗星还是UFO。之后相关回应称该物体是气溶胶激光雷达设备。
参考资料
天津上空出现神秘绿光?UFO?答案在这里.百家号.2024-11-30
天津上空出现不明飞行物?相关回应→.百家号.2024-11-30