Abstract

Aerosols are important parameters in the meteorological and environmental fields, and remote aerosol identification is extremely desirable. We have proposed and designed a two-wavelength (355 and 532nm) rotational Raman and elastic lidar that can measure the wavelength dependence of the aerosol backscattering coefficient without any assumptions about the Ångström coefficient or the overlapping function from low (100m) to high (10km) altitude, depending on the weather conditions. We have measured the differences in the backscattering ratios (BRs) among a cloud, aerosol in the boundary layer, and Asian dust. The ratio of the aerosol backscattering coefficients between two wavelengths is a fingerprint of an aerosol, which is similar to the Ångström coefficient. The BR value for a typical aerosol ranged from 0.56 to 0.4 in the boundary layer and from 0.5 to 0.1 for Asian dust. The BR value of water droplet was not unique but was spread over a wide range because of its size distributions.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. L. Quijano, I. N. Sokolik, and O. B. Toom, J. Geophys. Res. 105, 12207 (2000).
    [Crossref]
  2. T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
    [Crossref]
  3. T. Sakai, T. Nagai, M. Nakazato, Y. Mano, and T. Matsumura, Appl. Opt. 42, 7103 (2003).
    [Crossref]
  4. D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
    [Crossref]
  5. U. Wandinger and A. Ansmann, Appl. Opt. 41, 511 (2002).
    [Crossref] [PubMed]
  6. P. D. Girolamo, P. F. Ambrico, A. Amodeo, A. Boselli, G. Pappalardo, and N. Spinelli, Appl. Opt. 38, 4585 (1999).
    [Crossref]
  7. G. Feingold and C. J. Grand, J. Atmos. Ocean. Technol. 11, 1543 (1994).
    [Crossref]
  8. V. Rizi, M. Larlori, G. Rocci, and G. Visconti, Appl. Opt. 43, 6440 (2004).
    [Crossref] [PubMed]
  9. A. Ansmann, U. Wandinger, M. Riebesell, C. Weitkamp, and W. Michaelis, Appl. Opt. 31, 7113 (1992).
    [Crossref] [PubMed]
  10. D. Kim and H. Cha, Opt. Lett. 30, 1728 (2005).
    [Crossref] [PubMed]
  11. D. N. Whiteman, Appl. Opt. 42, 2571 (2003).
    [Crossref] [PubMed]
  12. D. Muller, U. Wandinger, and A. Ansman, Appl. Opt. 38, 2346 (1999).
    [Crossref]
  13. I. Veselovskii, A. Kolgotin, V. Griaznov, D. Muller, U. Wandinger, and D. N. Whiteman, Appl. Opt. 41, 3685 (2002).
    [Crossref] [PubMed]

2006 (1)

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

2005 (1)

2004 (1)

2003 (3)

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

T. Sakai, T. Nagai, M. Nakazato, Y. Mano, and T. Matsumura, Appl. Opt. 42, 7103 (2003).
[Crossref]

D. N. Whiteman, Appl. Opt. 42, 2571 (2003).
[Crossref] [PubMed]

2002 (2)

2000 (1)

A. L. Quijano, I. N. Sokolik, and O. B. Toom, J. Geophys. Res. 105, 12207 (2000).
[Crossref]

1999 (2)

1994 (1)

G. Feingold and C. J. Grand, J. Atmos. Ocean. Technol. 11, 1543 (1994).
[Crossref]

1992 (1)

Abo, M.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Ambrico, P. F.

Amodeo, A.

Anderson, T. L.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Ansman, A.

Ansmann, A.

Bandy, A.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Blomquist, B.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Boselli, A.

Cha, H.

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

D. Kim and H. Cha, Opt. Lett. 30, 1728 (2005).
[Crossref] [PubMed]

Clarke, A.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Feingold, G.

G. Feingold and C. J. Grand, J. Atmos. Ocean. Technol. 11, 1543 (1994).
[Crossref]

Fukagawa, S.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Girolamo, P. D.

Grand, C. J.

G. Feingold and C. J. Grand, J. Atmos. Ocean. Technol. 11, 1543 (1994).
[Crossref]

Griaznov, V.

Howell, S. G.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Huebert, B.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Kim, D.

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

D. Kim and H. Cha, Opt. Lett. 30, 1728 (2005).
[Crossref] [PubMed]

Kolgotin, A.

Kuze, H.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Larlori, M.

Livingston, J. M.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Mano, Y.

Masonis, S. J.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Matsumura, T.

Maxwell-Meier, K.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

McNaughton, C. S.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Michaelis, W.

Muller, D.

Murayama, T.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Nagai, T.

Nakazato, M.

Orsini, D. A.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Pappalardo, G.

Park, S.

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

Quijano, A. L.

A. L. Quijano, I. N. Sokolik, and O. B. Toom, J. Geophys. Res. 105, 12207 (2000).
[Crossref]

Redemann, J.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Riebesell, M.

Rizi, V.

Rocci, G.

Russell, P. B.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Sakai, T.

Schmid, B.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Shimizu, A.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Sokolik, I. N.

A. L. Quijano, I. N. Sokolik, and O. B. Toom, J. Geophys. Res. 105, 12207 (2000).
[Crossref]

Spinelli, N.

Sugimoto, N.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Thornton, D.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Toom, O. B.

A. L. Quijano, I. N. Sokolik, and O. B. Toom, J. Geophys. Res. 105, 12207 (2000).
[Crossref]

Veselovskii, I.

Visconti, G.

Wandinger, U.

Weber, R. J.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Weitkamp, C.

Whiteman, D. N.

Yabuki, M.

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Zhang, W.

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

Zhou, J.

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

Zhou, W.

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

Appl. Opt. (8)

Appl. Phys. B (1)

D. Kim, S. Park, H. Cha, J. Zhou, W. Zhou, and W. Zhang, Appl. Phys. B 82, 1 (2006).
[Crossref]

J. Atmos. Ocean. Technol. (1)

G. Feingold and C. J. Grand, J. Atmos. Ocean. Technol. 11, 1543 (1994).
[Crossref]

J. Geophys. Res. (2)

A. L. Quijano, I. N. Sokolik, and O. B. Toom, J. Geophys. Res. 105, 12207 (2000).
[Crossref]

T. Murayama, S. J. Masonis, J. Redemann, T. L. Anderson, B. Schmid, J. M. Livingston, P. B. Russell, B. Huebert, S. G. Howell, C. S. McNaughton, A. Clarke, M. Abo, A. Shimizu, N. Sugimoto, M. Yabuki, H. Kuze, S. Fukagawa, K. Maxwell-Meier, R. J. Weber, D. A. Orsini, B. Blomquist, A. Bandy, and D. Thornton, J. Geophys. Res. 108, 8651 (2003).
[Crossref]

Opt. Lett. (1)

Cited By

OSA participates in Crossref's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

The two lidar signals of rotational and elastic scattering and the ratio of rotational Raman and elastic signal on a clear day measured in Daejeon, South Korea, on June 28, 2006, at 20:00 KST using 532 nm of second harmonic of Nd : YAG laser.

Fig. 2
Fig. 2

BR value and aerosol backscattering coefficient measured in the cloud condition measured in Daejeon, South Korea, on July 4, 2006, 22:00 KST with (a) discontinuous clouds distribution and (b) continuous cloud distribution measured in Daejeon South Korea, on June 27, 2006, at 22:00 KST.

Fig. 3
Fig. 3

BR value and aerosol backscattering coefficient normalized by molecular rotational Raman signal at the conditions of Asian dust in Daejeon, South Korea, at (a) 20:00 and (b) 21:00 KST.

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

P λ 1 ( z ) Ro = C 1 z 2 O ( z ) β Ro λ exp { 2 0 z [ α mol λ 1 ( z ) + α ae λ 1 ( z ) ] d z } ,
P λ 1 ( z ) El = C 2 z 2 O ( z ) ( β ae λ 1 + β mol λ 1 ) exp { 2 0 z [ α mol λ 1 ( z ) + α ae λ 1 ( z ) ] d z } .
P λ 1 ( z ) El P λ 1 ( z ) Ro = C 2 C 1 β λ 1 ( z ) ae + β λ 1 ( z ) mol β λ 1 ( z ) Ro = C 2 C 1 N ( z ) d σ λ 1 mol d Ω N ( z ) d σ λ 1 Ro d Ω + C 2 C 1 β λ 1 ( z ) ae β λ 1 ( z ) Ro = C 2 C 1 C mol Ro + C 2 C 1 β λ 1 ( z ) ae β λ 1 ( z ) Ro .

Metrics