大西洋上空基于激光雷达的船载气溶胶垂直分布探测： 从纯净海洋环境到复杂的沙尘-烟雾混合情形

摘要： 多波长拉曼激光雷达PollyXT定期搭载研究船"极地之星号"（Polarstern）执行跨大西洋南北向科考任务。本文详细展示并分析了2015年11月从布雷默港至开普敦的PS95航次与2016年4/5月从蓬塔阿雷纳斯至布雷默港的PS98航次期间获取的激光雷达数据。最新配置的PollyXT通过增设近程接收器，显著提升了海洋边界层（MBL）的探测覆盖率。三个典型案例揭示了大西洋上空观测到的气溶胶特征：首例为秋季PS95航次期间南非附近海域观测到的纯海洋性气溶胶——其边界层内光学特性值（接近零的退偏振比，355nm和532nm波长处53sr的激光雷达比）表明该区域存在典型海洋气溶胶；边界层顶部检测到干燥海洋气溶胶层（两波长退偏振比升至约10%，证实颗粒非球形特征）。同航次第二个案例展示了加那利群岛附近近乎纯净的撒哈拉沙尘羽流。第三例则针对PS98航次在佛得角群岛附近探测到的多层撒哈拉沙尘（部分混杂生物燃烧烟尘），该案例中沙尘纯度较高（边界层部分混合沙尘），而第三例呈现近乎纯净的海洋边界层。统计分析显示：热带地区沙尘下混与高纬度人为影响共同导致边界层光学特性的纬度差异，南半球边界层光学特性则符合典型海洋值。干燥海洋层的颗粒退偏振比介于4-9%。通过PS95和PS98的夜间测量数据，本文论证了利用激光雷达比、颗粒退偏振比及?ngstr?m指数进行气溶胶分类的潜力——其中激光雷达比与退偏振比是判别颗粒类型的主要指标，而?ngstr?m指数变异性较强。