地基偏振拉曼激光雷达与CALIPS0星载激光雷达的对比观测研究

温 春，黄忠伟，周 天，张瑾超,3，辛亚男,4

(1.兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000；2.新疆轮台县气象局，新疆 轮台 841600；3.浙江三门县气象局，浙江 三门 317100；4.甘肃省金昌市气象局，甘肃 金昌 737100)



地基偏振拉曼激光雷达与CALIPS0星载激光雷达的对比观测研究

温 春1,2，黄忠伟1，周 天1，张瑾超1,3，辛亚男1,4

(1.兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000；2.新疆轮台县气象局，新疆 轮台 841600；3.浙江三门县气象局，浙江 三门 317100；4.甘肃省金昌市气象局，甘肃 金昌 737100)

云和气溶胶具有显著的气候效应，且存在很大的不确定性，所以获取云和气溶胶的垂直结构信息对于研究全球气候变化具有重要意义。利用兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室自行研制的地基偏振拉曼激光雷达，将2014年3月6日和22日的观测资料与CALIPSO星载激光雷达的观测资料进行对比研究。结果表明：晴天条件下，CALIPSO星载激光雷达和地基激光雷达的反演结果总体上有较好的一致性，而2 km以下的差异主要是因为地基激光雷达受到几何重叠因子的影响。因此，在晴空条件下综合地基和星载激光雷达观测数据，可计算出地基激光雷达的几何重叠因子和盲区；多云条件下，CALIPSO星载激光雷达和地基激光雷达在中高层的观测结果具有较好的一致性，但低层存在较大差异，原因主要可能是由于两者观测方向的不同和云体分布不均。

偏振拉曼激光雷达；CALIPSO激光雷达；云和气溶胶垂直结构；对比观测

引 言

云和气溶胶在地球辐射收支平衡中扮演着重要角色。一方面，云通过吸收和发射长波辐射及反射和散射短波辐射来调节地气系统的能量收支平衡，另一方面，云通过降水参与大气中的水循环，进而调节大气温度、湿度。云的辐射作用不仅取决于其微物理特性(如有效粒子半径、数浓度等)，还涉及云高、云量和云的辐射特性等多方面因素，存在很大的不确定性[1]。由于云对大气的热力和动力影响，对其研究已成为当今气候变化研究的热点，了解云的垂直结构分布特征有助于更好地理解云是如何影响地气系统的。由于气溶胶的直接和间接辐射效应，它已经成为全球气候变化研究的最大不确定因子[2]，而气溶胶的垂直分布是造成气溶胶直接辐射强迫不确定性的主要原因之一[3]，并且近地面的气溶胶对人类健康也有重要影响。而系统性的气溶胶全球垂直分布廓线观测的缺少，对气溶胶长波辐射效应和有云条件下的短波辐射效应的评估仍有相当大的不确定性[4]，此外云和气溶胶相互作用所产生的间接气候效应(对云的反照率和云的寿命的作用)也与气溶胶浓度的垂直分布以及云的相对密度相关[2]，因此对大气气溶胶的研究已成为气候变化研究的热点。

激光雷达(Lidar)是一种光学主动遥感仪器。自20世纪60年代问世以来，激光雷达技术发展迅速，应用领域越来越广泛。激光雷达在大气遥感与环境监测研究方面越来越受欢迎，已发展成为地基、车载[5]和星载多平台形式。国外在利用激光雷达对云的光学特性、垂直结构以及云和气溶胶相互作用等方面研究较深入[6-15]，国内利用激光雷达进行了很多云和气溶胶的探测试验及研究[16-30]。随着星载激光雷达技术的快速发展，其在大气遥感中的应用也越来越广泛[31-35]。

实际观测应用中，不论是地基激光雷达还是星载激光雷达都存在各自的优缺点，地基激光雷达可以定点长期观测，具有很好的时间连续性，但空间分辨率较差；星载激光雷达采用卫星作为平台，运行轨道高，探测视野广，可以进行全球范围的观测，刚好弥补了地基激光雷达在探测空间范围的不足。因此，地基和星载激光雷达相结合的探测方式已经成为大气遥感研究的发展趋势。

本文利用兰州大学自行研制的地基偏振拉曼激光雷达的观测资料与CALIPSO星载激光雷达观测资料，对比研究地基激光雷达与星载激光雷达CALIPSO的探测结果，进一步评估星载激光雷达探测兰州地区云和气溶胶垂直结构的精度。

1 仪器与数据

1.1 地基偏振拉曼激光雷达系统

如图1所示，所使用的激光雷达系统由激光发射﹑信号接收﹑数据采集3部分组成，其基本原理是：激光器产生的脉冲激光经过扩束准直处理后向大气中发射，激光在大气中传输时被大气分子﹑云和气溶胶所散射，然后用望远镜接收这部分回波信号，接着对信号进行一系列处理后，将光信号转换成电信号传输至电脑显示与保存。

图1 地基偏振拉曼激光雷达系统结构

1.1.1 激光发射子系统

激光发射系统主要由激光器﹑扩束器﹑反射镜组成。该系统所用的激光器为Nd：YAG脉冲激光器(Continuum Surelite)，基波波段为1 064 nm，经二倍频和三倍频后可输出532 nm和355 nm的激光，单脉冲能量可达430 MJ，脉冲重复频率为20 Hz，脉冲宽度为8.7 ns，表1为激光雷达的主要技术参数。扩束器的作用是使激光光斑变大且发散角变小。被扩束、准直后的激光经由3个反射镜，以同轴方式垂直发射到大气中。

表1 地基偏振拉曼激光雷达系统的主要技术参数

1.1.2 信号接收子系统

信号的接收和处理系统主要由望远镜、可变光阑、光纤、接收光学单元、探测器组成。

接收望远镜用于接收大气反射的回波信号，本文所用的是卡塞格林反射式接收望远镜，是目前在激光雷达方面应用最广泛的接收望远镜；可变光阑一般被置于望远镜的焦点处，通过调节可变光阑来调节激光雷达系统的接收视场角，以此来减小背景噪声和多次散射的影响；利用透镜将望远镜接收的信号光最大限度地输入到光纤中去，光纤的另一端与成像光谱仪连接，将光信号输入到光谱仪中；接收光学单元包括滤光片﹑分束镜﹑准直透镜及偏振晶体；在激光雷达的接收系统中，光电倍增管(PMT)和雪崩光电二极管(APD)是目前使用最广泛的探测器，本文所采用的是光电倍增管(PMT),其作用是将望远镜接收到的光信号转换为电信号。

1.1.3 数据采集系统

数据采集设备是专门用于激光雷达信号探测的Licel瞬态记录仪，可以同时以模数转换方式(A/D)和光子计数方式(PC)对PMT的高速信号进行采集，具有很高的动态范围，且空间分辨率较高。它的主要部件包括可以实时进行信号平均的高速模数转换器、单光子探测的甄别器、多通道记录仪以及前置放大器。

1.2 CALIPSO星载激光雷达

为了研究云和气溶胶在调节地球气候中的作用及两者之间的相互作用，1998年美国国家宇航局(NASA)与法国国家航天中心(CNES)合作实施“云—气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测”(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations, CALIPSO)计划，并于2008年4月28日成功发射了CALIPSO卫星。CALIPSO卫星主要载荷包括：正交偏振云—气溶胶激光雷达(CALIOP)﹑宽视角相机(WFC)﹑红外成像辐射计(IIR)。CALIOP采用了偏振检测技术，实现了全球覆盖，它是世界上首个应用型的星载云和气溶胶激光雷达，具有3个接收通道，一个用于接收波长为1 064 nm的后向散射信号，另外2个分别接收波长为532 nm的正交偏振后向散射信号。它的探测原理继承了目前地基和空基激光雷达的探测原理，下面具体介绍CALIOP的发射和接收系统，其参数见表2。

表2 CALIOP系统主要参数

CALIOP的发射系统有2套完全相同的Nd：YAG型激光器，单脉冲发射的最大能量为440 MJ，重复频率为20.16 Hz。为了提高卫星的可靠性和使用寿命，实际工作时单脉冲输出的最大能量为220 MJ，再使用倍频技术获得波长为532 nm的激光输出脉冲，最终输出单脉冲能量变为110 MJ的532 nm和1 064 nm激光，激光经过扩束器并通过光束准直系统进入大气。激光器的散射角为100 μrad，而视场校准结构可以对发射系统视场和接收系统视场进行校准，其调节范围为±1°，分辨率为16 μrad。

CALIOP的接收系统包括望远镜、接收光学单元、探测器、信号放大器。CALIOP接收系统采用直径为1 m、视场角为130 μrad的望远镜。望远镜系统接收的散射激光雷达脉冲经过聚焦后通过滤镜，然后准直入射到分光镜上，532 nm的激光脉冲发射光，首先通过干涉滤光片和窄带滤光片减小太阳背景光的影响，然后由偏振分光镜分为532 nm平行光和垂直光；1 064 nm的激光脉冲发射光，经过干涉分光镜后直接由探测器探测。用于检测532 nm的脉冲信号的探测器为光电倍增管(PMT)。由于PMT在1 064 nm处的量子效率较低，所以系统采用雪崩光电二极管(APD)来检测1 064 nm的激光脉冲回波信号。

1.3 数 据

用于与CALIPSO星载激光雷达进行观测对比的地基激光雷达系统(以下简称LZU- lidar)位于兰州大学校园内(36.05°N，103.85°E)，此激光雷达系统可同时探测355 nm、532 nm垂直和平行通道的后向散射信号，观测时间为2014年3月6日和22日。

星载激光雷达的数据为CALIPSO提供的激光雷达Level 1B数据产品，是校准后的半轨道(白天或者夜间)激光雷达单射(两单射点间距333 m)剖面数据，包括532 nm和1 064 nm通道衰减后向散射数据和532 nm通道的退偏比数据等。使用的数据参数为：衰减后向散射剖面数据(包括532 nm总衰减后向散射系数、532 nm垂直通道衰减后向散射系数和1 064 nm衰减后向散射系数)、方位及高度信息(包括经纬度、激光雷达数据高度)。CALIPSO星载激光雷达的轨道周期为16 d，本文选取以LZU-lidar为中心，半径为100 km范围内的CALIPSO星载激光雷达level 1数据，其中2014年3月6日CALIPSO卫星地面轨道上距LZU lidar最近点的距离为34.7107 km，该点纬度为36.1350°N；22日CALIPSO卫星地面轨道上距LZU lidar最近点的距离为38.3531 km，该点的纬度为36.1431°N。这2条卫星轨道过境时间均为03:23(北京时，下同)，3月6日为多云天气，22日为晴空有沙尘天气。进行对比之前，先将LZU-lidar观测数据在CALIPSO卫星过境时间点前后各10 min的廓线进行平均，与之对应，将CALIPSO星载激光雷达以最近点为中心前后各100条廓线进行平均。

2 方法介绍

2.1 地基激光雷达几何重叠因子的确定

激光雷达系统的接收视场角理论上应略大于发射视场角，这样回波信号才可能完全进入接收望远镜。然而，由于发射系统与接收系统不同轴的影响，导致回波信号在某段距离上有所损失，望远镜只能接收到部分信号，在近地距离尤为明显，由此给观测带来误差，必须对其进行订正，而这一订正因子就是几何重叠因子。在激光雷达的实际操作中，即使调节时产生较小的误差，也会给气溶胶消光系数带来很大误差[36]，因此几何重叠因子的确定很重要。目前普遍用于几何重叠因子的确定方法有实验测量、几何推导[37]以及其它新方法[38-39]。

然而，对于本文所使用的激光雷达系统来说，采取实验法求解几何重叠因子比较困难，原因是该系统固定垂直发射，无法进行水平探测，以及该系统的几何光学参数未知。

对地基激光雷达来说，激光雷达方程为：

式中：P0为t0时刻发射的能量，C为雷达系统参数，β为r范围内的后向散射系数，σ为高度r处的消光系数，r为激光雷达到测量点的距离，r′是积分距离。

对CALIPSO星载激光雷达来说，激光雷达方程为：

式中：r为激光雷达到测量点的距离，P为接收到的测量信号，ξ为激光雷达系统参数，E0为单束或多束平均激光能量，β为r范围内的后向散射系数，σ为高度r处的消光系数，r′是积分距离。

将地基激光雷达和CALIPSO星载激光雷达的资料进行对比，计算地基激光雷达系统的几何重叠因子。由于CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar观测方向的区别，在近地面，CALIPSO星载激光雷达对信号基本100%接收，而地基激光雷达在远地面对信号基本100%接收，根据这一特征，将地基激光雷达和星载激光雷达的雷达方程相比较，使用CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的对比观测资料，计算LZU-lidar的几何重叠因子，计算方法如下：

2.2 退偏比、色比的计算

偏振激光雷达系统发射平行于激光电场强度振动方向的平行分量和垂直于该方向的垂直分量，根据米散射理论，对于球形粒子而言，其散射光仍然保持入射光的偏振态。对于非球形粒子，其散射光的振动方向相比于入射光发生转动，即产生了退偏振。例如，对于硫酸盐气溶胶和水云等球形粒子的偏振垂直分量为0，而对于沙尘气溶胶和冰云等非球形粒子的偏振垂直分量信号较强，因此退偏比定义为：

式中，P⊥为偏振垂直分量，P‖为偏振平行分量。

退偏比的大小不仅与颗粒物的形状有关，还与颗粒物的大小和浓度有关。此外，星载激光雷达系统可同时发射1 064 nm和532 nm波段的脉冲，接收这2个波段的回波信号可得到另一个观测量，即色比，其定义为2个波段(1 064 nm和532 nm)的回波信号之比，用来表征颗粒物的大小，色比越大颗粒物越大。综上所述，退偏比和色比可以提供更多有关气溶胶和云的信息。

3 结果分析

3.1 晴天条件下观测个例的廓线对比

图2是2014年3月22日CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的廓线对比。从532 nm总后向散射衰减廓线(图2a)看出，1.5 km以上，两条廓线具有很好的一致性，1.5 km以下两者的差异是受几何重叠因子的影响。LZU-lidar和CALIPSO星载激光雷达在2 km内均探测到沙尘层，但两者观测的沙尘层高度和强度有一定差异，2 km以下的差异可能是由于沙尘天气时气溶胶水平分布非均一和沙尘天气的双重影响。从退偏比(图2b)廓线看，即使在晴天条件下，CALIPSO星载激光雷达也能探测到大气背景气溶胶的变化，而LZU-lidar则不能；对于2 km以下的沙尘气溶胶，两者的退偏比都要大于背景气溶胶的退偏比，相比而言，CALIPSO得到的沙尘的退偏比更为合理。从色比廓线(图2c)看，晴天条件下，LZU-lidar对于大气背景气溶胶颗粒的大小反映没有CALIPSO星载激光雷达明显，对于2 km以下的沙尘，CALIPSO有比较明显的反映，虽然LZU-lidar也有反映，相比而言，CALIPSO对于沙尘的探测效果更为显著。

图3给出CALIPSO星载激光雷达总后向散射衰减(532 nm)、退偏比(532 nm)和色比在不同经纬度上的剖面，图4是LZU-lidar总后向散射衰减(532 nm)、退偏比(532 nm)和色比的时间—高度剖面。对比图3a和图4a可以看出，即使晴天，CALIPSO星载激光雷达的532 nm总后向散射衰减在7 km以下有较明显的变化，对应于图2a的差异是合理的，特别是对2 km以下的沙尘，两者都能探测到，但CALIPSO观测到的强度明显强于LZU-lidar，因此CALIPSO对于沙尘的观测效果更好；7 km以上，由于大气趋于干净，两者都无明显变化，因此图2a中7 km以上2条廓线具有很好的一致性。其次，对比图3b和图4b，CALIPSO的退偏比在晴天条件下对于大气背景气溶胶也有明显反映，而LZU-lidar则基本无明显变化，对于2 km以下的沙尘气溶胶，CALIPSO的退偏比对沙尘的反映更为合理，因此，图2b的廓线也是合理的。对比图3c和图4c，CALIPSO对2 km以下的沙尘反映比较明显，对于2 km以上区域则变化不大，LZU-lidar也是如此，这与图2c中的廓线基本一致。

图2 2014年3月22日CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的廓线对比(a)532 nm总后向散射衰减，(b)532 nm退偏比，(c)色比

图4 2014年3月22日LZU-lidar 532 nm总后向散射衰减(a，单位：km-1·sr-1)、532 nm退偏比(b)和色比(c)的时间—高度剖面

由图2a可知，CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar对2 km以下的气溶胶观测差异较大，而造成LZU-lidar探测差异较大的原因，一方面由于高度越低，对应的几何重叠因子越小；另一方面是由于近地面光信号和电子学系统干扰对最初几个脉冲带来较大的噪声引起的[40]。可见几何重叠因子对于气溶胶观测的影响还是很大的，特别是对于气溶胶消光系数反演的影响。

图5是计算得到的LZU-lidar的几何重叠因子，可以看出100～700 m之间<0.1，即说明在此探测范围不到10%的回波信号被仪器所接收，从700 m开始几何重叠因子快速增大，一直到1.38 km变为1，即激光雷达的发射场和接收场能够很好地重叠。此外通过计算还得到LZU-lidar的盲区高度为120 m。

图5 计算得到的LZU-lidar几何重叠因子Fig.5 The calculated geometric overlap factor of LZU-lidar

3.2 有云条件下观测个例的廓线对比

图6是2014年3月6日有云条件下CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的廓线对比。从532 nm总后向散射衰减廓线(图6a)看，两者都可以探测到9 km左右的云，CALIPSO只显示为一层云，而LZU-lidar却探测到两层云；5 km上下的云两者都有反映，LZU-lidar显示为多层云，而CALIPSO星载激光雷达对此反映却不明显；LZU-lidar探测到3 km处的云，而CALIPSO并未观测到；在2 km内的气溶胶层，CALIPSO反映得更为明显，而LZU-lidar在近地面由于受到几何重叠因子的影响，对气溶胶观测效果不显著。

从CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的退偏比(图6b)看，2 km以上各对应位置，CALIPSO星载激光雷达的退偏比基本都大于LZU-lidar。在9 km高度有多层冰云的位置，LZU-lidar的退偏比在0.2左右，而CALIPSO在0.4左右；5 km以下有水云的位置，LZU-lidar的退偏比基本都在0.1左右，而CALIPSO在0.3左右。一般来说水云属于球形粒子，而实际观测结果是水云的退偏比较大，这是由于激光在云中的多次散射效应所致。CALIPSO星载激光雷达探测的水云和冰云的退偏比都很大，而LZU-lidar探测得到的两者退偏比都比较小，因此星载和地基激光雷达在区分云相上有一定困难[41]。对于1～2 km的气溶胶层，LZU-lidar探测的退偏比也要大于CALIPSO探测的值，但气溶胶的退偏比要小于云的退偏比，由此可见退偏比的大小不仅与颗粒物的形状有关，还与颗粒物的大小和浓度有关。图6c是CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的色比对比，可以看出6 km以下，LZU-lidar的色比对于颗粒物大小的变化反映显著，最大值可达2；而CALIPSO探测的6 km以下和9 km左右云的色比相差不大，说明仅根据云粒径的大小区分云相也是有困难的。对于2 km以下区域的气溶胶层，一般来说，对于同一套激光雷达系统，云的色比要大于气溶胶的，因为云粒径大小远大于气溶胶粒径，而图6c的反映是合理的。

图7给出CALIPSO星载激光雷达探测的532 nm后向散射衰减、退偏比和色比在不同经纬度上的剖面，图8是LZU-lidar探测的532 nm后向散射衰减、退偏比和色比的时间—高度剖面。CALIPSO的观测是在当地海拔高度以上，因此对比时要减去当地海拔高度。

从图7a看出，大约9 km高度有一层水平尺度达400 km的高云，云层厚度近2 km；5 km上下存在水平尺度约100 km的云。云顶高度以及云层厚度随着CALIPSO卫星地面轨道的改变而快速变化，并且LZU-lidar距离CALIPSO地面轨道最近也有36 km，所以图6a中云层高度的差异也是合理的，卫星过境时LZU-lidar观测到多层云也是合理的，对应于图8a也可看出上述结果。至于两者观测到云层厚度的差异，可能是由于地基和星载激光雷达探测方向的不同，地基激光雷达是垂直于地面向上进行观测，而星载激光雷达是从高空向地面向下进行观测，地基激光雷达在低空激光能量衰减小，因此接收到的信号要强，而CALIPSO星载激光雷达所发射的激光到达低空时已衰减很厉害，而且后向散射从低空到高空，要穿过多层云，能量进一步衰减，所以CALIPSO接收到的信号就比较弱。对比图7b和图8b，可以看出，LZU-lidar和CALIPSO星载激光雷达探测的退偏比在9 km和5 km以下有云区域差异不大，因此图6b也是合理的，由此可见，只是根据颗粒物的退偏比很难区分云的相态，还应结合颗粒物的大小及浓度来加以区分。

对比图7c和图8c，可以看出，5 km以下云和气溶胶的色比有明显差异，对应于图6c中LZU-lidar探测的色比在5 km以下的明显变化。而在9 km以上，由于卫星过境时，LZU-lidar观测到的云快速变化，使得此处色比较小，对应于图6c中高云的色比较小；从图7c中可以看出色比在上述两区域无明显差异，图6c也反映了CALIPSO在这两区域探测的色比差异不大。

图6 2014年3月6日CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的廓线对比(a)532 nm总后向散射衰减，(b)532 nm退偏比，(c)色比

图7 2014年3月6日CALIPSO星载激光雷达532 nm总后向散射衰减(a，单位：km-1·sr-1)，532 nm退偏比(b)及色比(c)

图8 2014年3月6日LZU-lidar 的总后向散射衰减(532 nm)(a，单位：km-1·sr-1)、退偏比(532 nm)(b)和色比(c)的时间—高度分布

4 结论与讨论

(1)晴天条件下，CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar的反演结果有较好的一致性，说明LZU-lidar的探测能力比较好，反演结果具有较高的可信度，而1.5 km以下两者的差异主要是因为LZU-lidar受到几何重叠因子的影响。

(2)有云条件下，CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar在中高层的反演结果具有较好的一致性，而在低层，由于两者观测方向不同结果存在较大差异，说明在多云条件下，LZU-lidar的反演结果更为可信，CALIPSO星载激光雷达和LZU-lidar对于云相态的区分都有一定困难。

(3)1.38 km以上，LZU-lidar系统的发射场和接收场能够很好地重叠，LZU-lidar盲区高度为120 m。对于不能采用水平探测确定几何重叠因子的激光雷达系统，本文所使用的计算方法简便实用、行之有效。

为了更进一步评估CALIPSO星载激光雷达对兰州地区云和气溶胶的观测效果和利用星载激光雷达来订正地基激光雷达对气溶胶的观测，还应结合SACOL观测站现有的可靠仪器来进行对比，此外为了更好地利用CALIPSO的观测资料，应当对不同区域的观测资料与可靠的地面仪器进行比较，并给出具有区域特色的激光雷达比。

致谢：感谢兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)提供地基激光雷达的观测数据及美国国家航空航天局CALIPSO科学组提供CALIPSO激光雷达观测数据

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Contrast Observation of Spaceborne CALIPSO Lidar and a Ground-based Polarized Raman Lidar

WEN Chun1,2, HUANG Zhongwei1, ZHOU Tian1,ZHANG Jinchao1,3, XIN Yanan1,4

(1.CollegeofAtmosphericScience,LanzhouUniversity,Lanzhou730000China；2.LuntaiMeteorologicalBureauofXinjiang,Luntai841600,China；3.SanmenMeteorologicalStationofZhejiangProvince,Sanmen317100,China；4.JinchangMeteorologicalBureauofGansuProvince,Jinchang737100,China)

Clouds and aerosols have significant impact on globe climate change, and due to lack of information about clouds and aerosols vertical structure, there is large uncertainty to quantify their climatic effects. Lidar has been well known as a unique remote sensing for measuring the vertical structure of clouds and aerosols with high spatio-temporal resolution. To validate observations of spaceborne lidar, measurements from a developed ground-based polarized Raman lidar in Lanzhou on March 6 and March 22, 2014 were conducted. The results show that observations from CALIPSO lidar and ground-based lidar had a good consistency for clear day except for signals near ground surface because of overlap effect of ground-based lidar. So the geometric overlap factor of ground-based lidar could be calculated from the comparison. For cloudy condition, CALIPSO lidar observations had a good agreement with those of ground-based lidar for high cloud layer, but due to different direction of observation for ground-based and spaceborne lidar or inhomogeneous of cloud in the lower atmosphere, they were different.

polarized raman lidar; CALIPSO lidar; vertical structure of clouds and aerosols; comparative observations

10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-05-0779

2016-03-01；改回日期：2016-05-11

国家自然科学基金项目(41375031、41305027、41575017)和中央高校基本科研业务费(lzujbky-2015-k01)共同资助

温春(1990-)，男，新疆库尔勒市人，助理工程师，主要从事天气预报工作. E-mail：wenchun622@163.com

黄忠伟，博士，主要从事激光雷达大气遥感与环境监测的研究. E-mail：huangzhongwei@lzu.edu.cn

1006-7639(2016)-05-0779-10 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-05-0779

P407.5

A

温 春，黄忠伟，周 天，等.地基偏振拉曼激光雷达与CALIPS0星载激光雷达的对比观测研究[J].干旱气象，2016，34(5)：779-788, [WEN Chun, HUANG Zhongwei, ZHOU Tian, et al. Contrast Observation of Spaceborne CALIPSO Lidar and a Ground-based Polarized Raman Lidar[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(5):779-788],