日前，蘭州大學大氣科學學院黃建平教授科研團隊成功研制出中國首臺具有自主知識產權、世界一流水平的拉曼-熒光激光雷達系統，標志中國躋身掌握世界先進激光雷達技術的行列。該儀器著重突出對大氣顆粒物成分與濃度的分析，首次運用雷達探測出大氣中水汽成分，最多可測定38個波段，填補了我國在多波段拉曼-熒光激光雷達領域研發的空白。黃建平教授表示，成功研制具有多波段拉曼-熒光雷達系統僅僅只是一個開始，多波段拉曼-熒光激光雷達還將在甘肅敦煌等地進行觀測研究。

PM2.5已嚴重影響著生產生活，但是人們卻顯得束手無策，既不能準確分析具體成分與濃度，也不能做出事前預警。然而，由黃建平團隊研制出的多波段拉曼-熒光激光雷達，有望進一步揭開大氣顆粒物神秘的面紗。

目前，我國在應對氣候變化、環境污染、空間環境監測等領域對激光雷達技術有迫切的需求，一直來嚴重依賴國外進口。國外激光雷達造價昂貴，而且功能有限，一般只能測到少數波段，信號分析源少，而且普通雷達還無法準確測出固體顆粒物的濃度與成分。同時，這些高精度儀器先天生存校準環境的優越性，到了蘭州等自然條件惡劣地區常常顯現出水土不服的情況，比如很難適應氣候干、溫差大、顆粒物濃度高，從而導致儀器不能正常使用。

多波段拉曼-熒光激光雷達是運用微弱信號探測、高精度分光、光機設計和加工等技術，采用高功率激光器同時發射紫外、可見、近紅外光束，利用大口徑望遠鏡接受大氣反射信號，從而對信號進行分光、提取與探測的儀器。主要通過接收信號，以綠光、紅外光、紫光的順序通過光學鏡片分段、再通過光電倍增管和光譜儀出圖分析。可測定38個波段，其中運用光譜儀測定的有32個，運用探測器測定的有6個。激光雷達的激光能量為350mJ，望遠鏡直徑為35cm，空間分辨率為3.75m，時間分辨率為1分鐘（其中熒光信號為5分鐘），可探測高達15公里的大氣顆粒物信息。儀器的形狀為L型，其中高度為110cm，長度為150cm，寬度為60cm，重量約為80公斤。

人們期待的“藍天工程”中天空的“藍色”，是光瑞利散射作用的結果，該波長散射前后并沒有發生變化。但是熒光通過散射后前后波長發生改變，在不同介質中產生不同結果。同時，通過接收180個納米寬32個波段的熒光信號和拉曼信號，不僅大大提高了信號數據的反演精度，而且可對散射變化的頻率測定物質成分。因此運用拉曼-熒光的這一散射原理，黃建平團隊可以探測出大氣水汽、顆粒物等屬性與濃度。

然而，拉曼信號強度約是米散射信號的千分之一，熒光信號則是拉曼的十分之一。這樣微弱的信號對數據分析產生了影響。黃建平團隊通過光譜儀對光譜接收信號，進行大膽探索。通過光譜分析在物理、化學、生物領域有著廣泛的應用，但在激光雷達大氣科研領域的應用還處于新興領域。

為了更好分析固體顆粒物的形狀，科學家們還在多波段拉曼-熒光激光雷達中加入偏振晶體。根據米散射理論，球體顆粒物的比值為0，而非球體的比值大于0，從而對分析沙塵，區分顆粒物種類起到明顯作用。同時由于拉曼的“物質種類確定，只要知道發射光的波段，就知道拉曼的波長”原理，多波段拉曼-熒光激光雷達還可以發射特定波段激光，這將大大細化對具體顆粒物形狀的分析研究。

團隊成員、青年教師黃忠偉博士和博士生周天表示，激光雷達具有重要的應用價值和廣闊的產業化前景。在接收信號的基礎上，黃建平團隊還將加大力度對信號分析的研究，試驗成熟后多波段拉曼-熒光激光雷達還將進行相關科研探測。對空氣固體顆粒成分的濃度高精度分析，做出有效預警。分析大氣中細菌、病毒含量，研究氣象與人的關系，進一步發展醫療氣象。同時該雷達探測的數據還對細化氣象模式起到提高模擬精度與準確度，提高天氣預報的準確率。