大氣溫濕度探測(cè)拉曼激光雷達(dá)的研究.pdf

1、大氣水汽(濕度)、溫度是重要的大氣氣象及物理參數(shù)，也是精細(xì)結(jié)構(gòu)大氣觀測(cè)的重要基本參數(shù)。它們相互依存特性，嚴(yán)重影響氣象、氣候以及大氣輻射、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的變化。因此，對(duì)大氣水汽、溫度的測(cè)量，對(duì)于提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，研究云的形成，降水等有著很重要的研究?jī)r(jià)值和社會(huì)效益。激光雷達(dá)作為新型的大氣遙感技術(shù)，能夠?yàn)榇髿猸h(huán)境科學(xué)研究、精細(xì)氣象預(yù)報(bào)及自然災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)等特殊氣象服務(wù)提供了一條有效的途徑。
　　 本文從大氣分子的拉曼散射原理出發(fā)，分

2、析了基于轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射的溫度探測(cè)原理和基于振動(dòng)拉曼散射的水汽探測(cè)原理，并推導(dǎo)出拉曼激光雷達(dá)探測(cè)溫度和相對(duì)濕度的反演方法。依托西安理工大學(xué)大氣遙測(cè)中心，設(shè)計(jì)了一套基于光柵的大氣溫濕度拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)，重點(diǎn)分析了以高分辨率全息光柵和小孔光闌組成的一級(jí)分光系統(tǒng)。分析了光柵周期、入射角和光束發(fā)敞角等主要參數(shù)對(duì)分光系統(tǒng)的影響，有效提取米-瑞利后向散射信號(hào)、氮?dú)夥肿雍退肿拥恼駝?dòng)拉曼散射信號(hào)。再利用雙窄帶干涉濾光片進(jìn)行二級(jí)分光，有效提取高低量子數(shù)轉(zhuǎn)

3、動(dòng)拉曼散射信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣溫度、水汽(濕度)的同時(shí)測(cè)量。
　　 根據(jù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)參數(shù)，利用標(biāo)準(zhǔn)大氣模型，選取測(cè)量時(shí)間為9分鐘，激光平均脈沖數(shù)為10000,進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，獲得大氣溫度和濕度的垂直廓線。結(jié)果表明，在白天，溫度探測(cè)誤差在2.5km以下小于1K，相對(duì)濕度的不確定度小于20％；在夜間，4.5km以下的溫度誤差小于1K，相對(duì)濕度的不確定度在20％以內(nèi)。仿真結(jié)果充分驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和方案的有效性，說(shuō)明該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定獲得大