大氣溫度及氣溶膠激光雷達(dá)探測技術(shù)研究.pdf

1、邊界層是最接近人類活動的地表層的氣層,人類的日?；顒又苯佑绊懙降讓舆吔鐚拥拇髿鉅顟B(tài),邊界層的物性又影響著人類的生存環(huán)境。因此研究邊界層內(nèi)的大氣狀態(tài)變化,對研究太陽輻射,地球動力學(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)作為一種主動遙感探測工具,具有探測范圍大、空間分辨率高、能實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和測量精度高等特點(diǎn),已廣泛用于激光大氣傳輸、全球氣候預(yù)測、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流層內(nèi)氣溶膠剖面的光學(xué)特性精細(xì)探測技術(shù)為研究對象,重點(diǎn)探討了利用轉(zhuǎn)動喇曼散射激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)白天低層大氣溫度高精度探測的方法和關(guān)鍵技術(shù)；利用米散射激光雷達(dá)觀測西安城區(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)精確探測大氣氣溶膠光學(xué)特性的技術(shù)。 為解決白天強(qiáng)烈太陽背景光及低層大氣中的高密度氣溶膠對激光雷達(dá)溫度探測的影

3、響,提高系統(tǒng)的信噪比,提出了一種新的紫外域波長轉(zhuǎn)動喇曼散射測溫激光雷達(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；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)動喇曼信號波長,并對剩余的米-瑞利散射光進(jìn)行再次剔除,實(shí)現(xiàn)對噪音信號的高抑制率。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研究的系統(tǒng)和測試方法可以有效抑制系統(tǒng)噪音信號,能夠?qū)崿F(xiàn)白天低層大氣溫度分布的高精度測量,在激光輸出功率250mJ,探測時(shí)間4分鐘的情況

4、下,溫度探測誤差小于1K時(shí)的探測高度白天可以達(dá)到1.8km,夜晚可以達(dá)到2.3km。 針對西安城區(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)測需求,開展米散射激光雷達(dá)大氣氣溶膠觀測實(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,用于探測對流層內(nèi)大氣氣溶膠及卷云的光學(xué)特性以及大氣水平能見度等。在分析研究