5月初，我国北方地区遭遇今年以来最强沙尘天气过程。此次沙尘天气覆盖范围广，足迹遍布包括新疆、甘肃、内蒙古、北京、天津等10余省（市、区），影响面积达163万平方公里，接近国土面积的1/6。其沙尘过程影响范围和强度，均创下今年以来之最。北京多地PM10浓度保持在1000微克/立方米以上。
与此同时，中科院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学中心利用放置在中国气象局大气探测综合实验基地的拉曼-米散射激光雷达观测到：5月4日在近地面到垂直方向3公里方位内出现大量沙尘，沙尘一直持续到5日早晨8时左右，因北京大风天气开始消散，地面出现浮尘，5日中午12时左右沙尘完全消散。5月11日至12日，北方沙尘又卷土重来，影响北京城。PM10浓度普遍达到200-500微克/立方米。
安光所拉曼-米散射激光雷达观测到，在近地面不到1公里高度，从11日上午10时许出现沙尘，持续到12日下午16时许。说到这里，很多人就不明白了，沙尘和灰霾同样是气溶胶，也就是大气颗粒物，科学仪器究竟是怎么“火眼金睛”把它识别出来的？这里，小编就来说说沙与霾的故事。首先，沙与霾都属于气溶胶，也就是俗称的“大气颗粒物”。大气颗粒物既包括沙也包括霾。它们有哪些不同之处呢？
沙尘主要是自然界产生的颗粒物，它的形状千变万化，是大气中典型的“非球形”粒子。与大气污染在空气中凝结成的灰霾迥然不同。灰霾主要是人为产生的，且都有着较为圆润的外形，是典型的“球形”粒子。
安光所大气光学中心研制的拉曼-米偏振激光雷达向垂直高度的目标大气发射出线偏振激光（只在一个方向上发生振动的激光光波），当这束激光光波接触到非球形粒子时，其后向散射激光光波的偏振状态发生改变，与发射激光振动方向相同的的激光光波减少，在其正交方向产生激光光波。对于球形粒子而言，则不会发生这种“退偏振”现象。根据这一原理，科学仪器就能识别出大气中颗粒物是沙尘还是灰霾了。
识别了是沙还是霾之后，另一个需要解决的问题就是，沙尘的浓度是多少？安光所的科研人员使用拉曼散射和米散射激光雷达技术来测定这个问题。当光传输到一个粒子上，会发生光的散射。在诸多的光散射现象中，就有激光雷达技术经常运用的拉曼散射和米散射探测技术。
拉曼散射，简单来说，就是光与大气中的分子接触时，它们相互作用，光的波长随分子本身特性发生改变（光的颜色发生改变），这就相当于分子的“光学指纹特征”，科学家通过这一原理，向大气中发射特定波长的激光，通过探测散射回来指定波长的拉曼散射光信号，确定大气中不同高度所存在的不同气体成分的浓度，进而定量获取大气的消光廓线信息。拉曼散射的典型特征是散射光频率不同于入射光频率。
米散射则是大气中的粒子或分子在接触到光时，发生弹性散射，其中没有发生散射光频率的变化，根据散射回来的光信号确定粒子或分子后向散射的能量大小，进而获取大气的散射信息。在获取到光的散射信息后，通过退偏比计算方法，科研人员就可以确定光传输路径上的大气成分和气溶胶粒子的不同形态。
由于球形粒子与非球形粒子之间后向散射光的退偏比有明显差别，从而可以通过激光雷达探测粒子散射光的退偏比来研究粒子的形态（球形或非球形）。激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与大气相互作用的辐射信号来遥感大气。光波与大气的相互作用，会产生包含气体原子、分子、大气气溶胶粒子和云等有关信息的辐射信号，利用相应的反演方法就可以从中得到关于气体原子、分子、大气气溶胶粒子和云等大气成分的信息。
因此，激光雷达技术基础是光辐射与大气成分之间相互作用所产生的各种物理过程。“探沙神器”不是突如其来，安光所大气光学中心的大气探测激光雷达曾参与1991年菲律宾皮雅图火山灰的国际联合探测，2001年亚洲沙尘暴（AD-NET）国际合作项目的联合探测，2013年华北雾霾大爆发的探测……正是这样日日夜夜的坚持，造就了安光所大气光学中心激光雷达技术的长足发展。
早在30年前，安光所老一辈科学家就开始建立激光雷达团队，专业从事激光雷达大气探测技术攻关，培养了一批批专业技术人员，散布在全国各地为国家气象、环保等事业做贡献。长期以来，大气光学中心激光雷达科研团队坚持将学科发展与国家需求紧密结合，推动了激光雷达技术不断发展和创新，形成了激光雷达探测技术开发时间久、种类全、探测距离跨度大和系统研发与数据分析相结合的“久”、“全”、“大”、“合”的特色。
本次“探”沙试验是激光雷达大气探测业务化运行的一次练兵，激光雷达系统将会向自动化、小型化、智能化和无人值守方向发展。相信在科研人员的努力下，拉曼-米散射激光雷达在不久的将来会广泛应用，成为气象环保部门的技术利器，服务大众，为美丽中国的“常态蓝”做出自己的贡献。