杨丽丽, 周天, 杨晓军, 黄忠伟, 王莉娜, 李晓云, 杨燕萍, 陶会杰 . 基于激光雷达组网的沙尘过程研究（封面文章）[J]. 大气与环境光学学报, 2025, 20(6): 752-765.

传统沙尘监测主要依赖地面站点，如同“管中窥豹”，并不能全面反应沙尘空间分布的实际状况，无法获取长距离跨界输送沙尘的动态时空演化过程，更难以揭示沙尘的来源、传输及发展趋势。而卫星监测虽范围广阔，却易受云层干扰，存在反演偏差。

激光雷达就像给大气做“CT扫描”：它向空中发射激光脉冲，通过接收气溶胶和水汽反射回来的信号，不仅能判断气溶胶和水汽的空间分布，还能分析其浓度变化趋势等关键信息，结合退偏振比分析气溶胶粒子的形状规则度，从而实现精准识别。

兰州大学、甘肃省环境监测中心站等组成的科研团队利用6台AGHJ-I-LIDAR型激光雷达组成的观测网络精准捕捉到2021年5月30―31日的沙尘过程，通过激光雷达的定性和定量分析，实现了对沙尘立体输送过程的深入分析。

一、激光雷达站点分布

AGHJ-I-LIDAR型气溶胶激光雷达发射的355 nm和532 nm激光脉冲在大气中引发米散射，所产生的后向散射光被分成355 nm平行、532 nm平行和532 nm垂直偏振分量，通过分析这些分量的强度与比例，进而确定水汽、云、颗粒物等气溶胶特征。6台AGHJ-I-LIDAR型激光雷达分别布设于金昌市、武威市、白银市、临夏州、定西市、平凉市，如图1所示。

图1 激光雷达站点分布图

二、结果分析

1. 激光雷达定性分析

此次沙尘主要来源于腾格里和巴丹吉林沙漠，沿西北路径向东南方向传输。通过激光雷达定性分析，发现金昌和武威强沙尘时段沙尘发展高度接近2.5 km，消光系数超过1 km-1，退偏振比升至0.26，沙尘粒子不规则程度较高，且具有明显的外来传输特征。随着沙尘向东传输时，沙尘影响高度不断降低，沙尘强度减弱，但沙尘粒子不规则度并未呈现明显的减弱趋势。

图2 2021年5月30―31日各站点激光雷达监测结果。(a)消光系数; (b)退偏振比

2. 激光雷达定量分析

通过激光雷达定量分析，发现各站点200 m高度处的532 nm消光系数与地面观测PM10质量浓度的线性拟合效果显著，R2达到0.814，证明其可有效反映近地面颗粒物污染状况。由于同一沙尘过程中使用的各站点激光雷达型号一致，因此，对6 台激光雷达采用同一拟合公式估算高空PM10质量浓度。

图3 532 nm消光系数与PM10质量浓度的拟合

为了直观地展示高空沙尘强度，基于200 m高度处的532 nm消光系数与地面观测PM10质量浓度的线性拟合关系，绘制了0.2―2.0 km范围内的PM10质量浓度分布图。

图4  2021年5月30―31日532 nm消光系数拟合的PM10质量浓度分布图。(a) 金昌; (b) 武威; (c)白银; (d)临夏; (e)定西; (f)平凉

课题组介绍：

兰州大学和甘肃省环境监测中心站研究团队长期从事环境空气质量的监测，组建了我国首个由23台激光雷达组成的沙尘立体监测网，基于该监测网，在沙尘、气溶胶等方面开展了系统的研究，不仅实现了技术方法的创新，更具有重要的实践价值：1) 填补监测空白：弥补了沙尘高空监测的不足；2) 提升预报精度：为数值模式预报提供评估依据；3) 指导防控实践：助力沙尘天气的精准防控。随着激光雷达组网技术的不断完善，未来将能够更加精准地预测沙尘天气，为生态环境保护和人居环境改善提供更有力的科技支撑。