大氣溫度及氣溶膠激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、邊界層是最接近人類(lèi)活動(dòng)的地表層的氣層,人類(lèi)的日?；顒?dòng)直接影響到底層邊界層的大氣狀態(tài),邊界層的物性又影響著人類(lèi)的生存環(huán)境。因此研究邊界層內(nèi)的大氣狀態(tài)變化,對(duì)研究太陽(yáng)輻射,地球動(dòng)力學(xué)上的熱量傳遞,解釋地球溫暖化現(xiàn)象,提高局部氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度,進(jìn)行大氣污染的防治,特別對(duì)城市氣象變化等研究有著很重要的意義。激光雷達(dá)作為一種主動(dòng)遙感探測(cè)工具,具有探測(cè)范圍大、空間分辨率高、能實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和測(cè)量精度高等特點(diǎn),已廣泛用于激光大氣傳輸、全球氣候預(yù)測(cè)、氣溶

2、膠輻射效應(yīng)及大氣環(huán)境等研究領(lǐng)域。 論文的研究工作主要以邊界層內(nèi)的大氣溫度剖面及對(duì)流層內(nèi)氣溶膠剖面的光學(xué)特性精細(xì)探測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象,重點(diǎn)探討了利用轉(zhuǎn)動(dòng)喇曼散射激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)白天低層大氣溫度高精度探測(cè)的方法和關(guān)鍵技術(shù)；利用米散射激光雷達(dá)觀測(cè)西安城區(qū)大氣氣溶膠時(shí)空變化特性及數(shù)據(jù)反演技術(shù)的研究；提出了高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)精確探測(cè)大氣氣溶膠光學(xué)特性的技術(shù)。 為解決白天強(qiáng)烈太陽(yáng)背景光及低層大氣中的高密度氣溶膠對(duì)激光雷達(dá)溫度探測(cè)的影

3、響,提高系統(tǒng)的信噪比,提出了一種新的紫外域波長(zhǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)喇曼散射測(cè)溫激光雷達(dá)系統(tǒng)的分光方案。結(jié)合一個(gè)高光譜分辨率光柵和一個(gè)邊緣反射鏡有效濾除了大部分噪音信號(hào)；在2個(gè)喇曼通道中設(shè)置窄帶干涉濾光片分別提取2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)喇曼信號(hào)波長(zhǎng),并對(duì)剩余的米-瑞利散射光進(jìn)行再次剔除,實(shí)現(xiàn)對(duì)噪音信號(hào)的高抑制率。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研究的系統(tǒng)和測(cè)試方法可以有效抑制系統(tǒng)噪音信號(hào),能夠?qū)崿F(xiàn)白天低層大氣溫度分布的高精度測(cè)量,在激光輸出功率250mJ,探測(cè)時(shí)間4分鐘的情況

4、下,溫度探測(cè)誤差小于1K時(shí)的探測(cè)高度白天可以達(dá)到1.8km,夜晚可以達(dá)到2.3km。 針對(duì)西安城區(qū)大氣氣溶膠分布及變化規(guī)律的研究需要,以及沙塵暴的預(yù)警預(yù)測(cè)需求,開(kāi)展米散射激光雷達(dá)大氣氣溶膠觀測(cè)實(shí)驗(yàn)及光學(xué)特性的數(shù)據(jù)反演技術(shù)的研究,首次獲得西安城區(qū)低層大氣氣溶膠濃度的高度分布數(shù)據(jù)。為實(shí)時(shí)觀測(cè)氣溶膠三維剖面特性,提出便攜式小型可掃描的米散射激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,用于探測(cè)對(duì)流層內(nèi)大氣氣溶膠及卷云的光學(xué)特性以及大氣水平能見(jiàn)度等。在分析研究