基于拉曼激光雷達的大氣溫濕度同步探測與研究.pdf

1、溫度和濕度是表征大氣物理狀態(tài)的兩個重要參數(shù)。溫濕度變化嚴(yán)重影響著氣候、大氣動力學(xué)和熱力學(xué)變化。全時段、廣領(lǐng)域的溫、濕度測量是建立常規(guī)大氣模型、研究大氣運動規(guī)律、預(yù)報天氣情況的基本要素。激光雷達大氣溫濕度探測為氣候研究、災(zāi)害預(yù)警提供了一種有效手段,具有很高的研究價值。
　　論文依據(jù)拉曼激光雷達溫濕度探測原理,重點對現(xiàn)有水汽探測拉曼激光雷達系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計及功能擴展,增加溫度探測通道,設(shè)計了一套基于二向色鏡和超窄帶干涉濾光片的新型高效

2、拉曼分光系統(tǒng),同步獲得大氣分子和氣溶膠引起的米-瑞利散射信號,氮氣分子和水汽分子的振動拉曼散射信號以及氮氣分子的高低量子數(shù)轉(zhuǎn)動拉曼散射信號的高效率提取,并實現(xiàn)對米-瑞利信號等雜散光的高抑制率。
　　依托西安理工大學(xué)激光雷達大氣遙感中心的激光雷達系統(tǒng)平臺,搭建溫濕度同步探測拉曼激光雷達系統(tǒng),對西安地區(qū)夜間大氣氣溶膠、水汽數(shù)密度,大氣溫度進行了實驗探測。在模擬探測方式下,實驗驗證了分光系統(tǒng)對米-瑞利信號的抑制率可達7個數(shù)量級以上;通過

3、反演計算和誤差分析,結(jié)果表明高度3km以下的溫度測量誤差小于2K,相對濕度不確定度小于20％,表明了該拉曼激光雷達系統(tǒng)可實現(xiàn)邊界層內(nèi)大氣溫度、濕度和氣溶膠的同步精細(xì)探測。
　　為提高系統(tǒng)的探測性能,分析了系統(tǒng)優(yōu)化方案,重新構(gòu)建大氣溫濕度同步探測拉曼激光雷達系統(tǒng),在激光器能量250mJ,望遠(yuǎn)鏡口徑600mm,累積時間為15分鐘,10000個脈沖累積平均且光子計數(shù)探測條件下,進行實驗探測,結(jié)果表明系統(tǒng)探測能力得到顯著改善,在晴天天氣條