瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度

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利用IASI资料反演平流层大气温度

利用IASI资料反演平流层大气温度吴晓;姚志刚;韩志刚;赵增亮【期刊名称】《红外》【年(卷),期】2016(37)4【摘要】红外大气探测干涉分光仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer,IASI)能够获取平流层的大气温度廓线,而且由其提取的大气温度扰动信息可用于平流层的重力波特征分析.基于神经网络方法,利用典型大气廓线库和大气辐射传输模式建立了由IASI反演25～60 km高度范围内的平流层大气温度廓线的算式,并结合再分析资料对反演结果进行了检验.模拟试验结果表明,平流层大气温度反演的偏差主要在0K附近且不超过1K,均方根误差处在2～6K之间,且50～5 hPa之间的均方根误差在3K以内.对比验证结果表明,本文的平流层大气温度反演与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF)的再分析资料在总体上具有可比性,而且反演速度更快,覆盖的区域更完整.【总页数】7页(P11-17)【作者】吴晓;姚志刚;韩志刚;赵增亮【作者单位】解放军理工大学气象海洋学院,江苏南京211101;北京应用气象研究所,北京100029;北京应用气象研究所,北京100029;北京应用气象研究所,北京100029;北京应用气象研究所,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P401;P405;P407【相关文献】1.人工神经网络算法在红外高光谱资料反演大气温度廓线中的应用 [J], 官莉;刘旸n;张雪慧2.AIRS资料反演大气温度廓线的通道选择研究 [J], 张水平3.红外超光谱资料(AIRS)反演"云娜"台风外围晴空大气温度廓线的研究 [J], 黄兵;白洁;刘健文;钟中4.利用神经网络方法从高光谱分辨率红外遥感资料反演大气温度廓线 [J], 蒋德明;曹思沁;屈佑铭5.由HIRS／3资料反演大气温度廓线的理论误差分析 [J], 黄静;张艳武;邱崇践因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

不同季节南京市上空气溶胶的光学特性及垂直分布

不同季节南京市上空气溶胶的光学特性及垂直分布张坚;郑有飞;姜杰【摘要】为了了解不同季节南京市上空气溶胶的光学特性,利用偏振微脉冲激光雷达对南京市上空大气散射特性进行了为期1年的连续观测,结合MODIS卫星数据分析了大气气溶胶光学特性的日变化和季节变化,并利用HYSPLIT模式分析了变化的原因.结果表明,①南京市上空气团在春、秋、冬季主要来源于中国西北以及北方地区,大气气溶胶消光后向散射比分别为48.4、45.3和39.6 sr,退偏振比分别为0.18、0.19和0.20;而夏季主要来源于中国东南部工业污染城市以及南京周边地区,消光后向散射比为63.2 sr,退偏振比为0.11;②大气气溶胶的垂直分布有明显的季节变化趋势,低层(＜1 km)大气气溶胶光学厚度从大到小依次为冬季、夏季、秋季、春季,高层(＞1 km)大气气溶胶光学厚度从大到小依次为夏季、春季、秋季、冬季;③大气气溶胶光学厚度有明显的日变化特征,主要分为2种类型,在夏季和冬季为早晚高中午低;在春季和秋季则逐渐升高.【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2014(053)002【总页数】6页(P324-329)【关键词】大气气溶胶;消光后向散射比;消光系数;光学厚度;后向轨迹;南京【作者】张坚;郑有飞;姜杰【作者单位】南京信息工程大学大气物理学院/江苏省气象灾害重点实验室,南京210044;南京信息工程大学大气物理学院/江苏省气象灾害重点实验室,南京210044;南京信息工程大学大气物理学院/江苏省气象灾害重点实验室,南京210044【正文语种】中文【中图分类】X513;P412.25大气气溶胶是由大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的。

它可以通过直接和间接辐射效应影响地气系统的辐射收支平衡来影响全球气候，进而对农业生产以及生态环境产生重要影响，特别是大气气溶胶对农业生产影响的研究已经成为一个比较热门的研究领域，例如大气气溶胶可以降低到达地面的太阳辐射，进而显著降低作物的光合作用，导致作物产量损失，又可以通过改变气候因子如温度、降水等来影响作物的产量［1]。

用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达

ｌ测量原理
平流层中上部（５ｏｋ以上）溶胶含量很低，弹性散射信号相对于大气分子的瑞利散射信号而言２～３ｍ气其
可以忽略，时，以近似认为大气回波信号仅包括瑞利散射信号。假设某一高度处大气密度已知，激光雷此可对达方程稍加变形，根据激光雷达回波信号可以得到大气密度廓线，并为
均显示较好的一致性，明了激光雷达温度测量结果的准确性，温度测量数据可以用于气象学研究。证其关键词：瑞利一曼激光雷达；大气温度廓线；小波降噪；温度反演拉
1001432207144904用于大气温度廓线测量的瑞利南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室南京210044中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心合肥230031国家知识产权局专利审查协作中心北京100190大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布建立了瑞利拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利拉曼激光雷达的主要参数
２．中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心，合肥２０３；３０ｌ
３．国家知识产权局专利审查协作中心，北京１０９０１０）
摘要：大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用，获取高时空分辨的大为

激光雷达在气象和大气环境监测中的应用

激光雷达在气象和大气环境监测中的应用摘要：在目前，激光雷达属于运用非常广泛的现代光学遥控设备，是传统雷达与现代激光技术相融合的产物，在大气环境监测中占据较为重要的地位。

文章主要探讨了激光雷达在气象和大气环境监测中的应用。

关键词：大气环境监测；激光雷达技术；应用要点前言激光雷达融合了激光技术和光学以及信息解析方面的知识，将其融入一种现代化遥感方法。

激光雷达在探测波长方面有所缩短，并且波束定位性非常强，所以自身拥有较强的分辨率与灵敏度，可以精准测量盲区。

通常激光雷达能在一定程度上达到对大气环境、海洋以及陆地的探测，在各个区域占据非常重要的作用。

1.激光雷达概述在对大气环境中污染物进行监测时，需有效分析气象原因，探测大气中的成分。

一般激光雷达可以有效检测出气溶胶与云粒子详细的分布情况，并且可以检测出大气成分、污染环境气体，有效管理污染源于城市上空的扩散情况。

激光发射和回波信号以及采集、控制等都属于激光雷达系统。

激光束和大气物质相互的作用，便能产生一定的回波信息，其中大气探测激光雷达实施大气探测是较为重要的一点[1]。

激光雷达在探测大气环境时，主要探测的是云、雾、能见度、大气气溶胶等方面，当探测器夹杂着被测物质相关的信息，便可对其实施分析，获得相应的大气物理要素。

当前，我国激光雷达获得了非常大的进步，在我国研究院大气物理研制出新型的激光雷达，与此同时，携带着能见度较高的YAG雷达。

在研究院中，研究出的激光雷达具有非常强的优势。

中科院研究中的激光雷达技术获得了较为明显的成绩。

前后研制出我国第一台测污激光雷达，分别为监测乙烯JC-1激光雷达、平流层气溶胶探测L625激光雷达等。

2.激光雷达在气象中的应用为了达到气象的需求，取得相应的区域性大气参数三维空间分布，在国际激光雷达中，逐渐建立了许多区域性面积空间，来覆盖地基激光雷达观测网。

其中主要有全球大气成分探测网、独联体激光雷达观测网等[2]。

近阶段，在世界范围内，正计划建立全球大气气溶胶激光雷达观测网。

激光雷达在气象和大气环境监测中的应用探讨

激光雷达在气象和大气环境监测中的应用探讨摘要：在科学技术持续发展的时代背景下，诞生了许多先进且实用性强的仪器设备，而激光雷达便为其一，此设备凭借实时预警、跟踪等功能，在气象与大气环境监测中得到广泛化应用。

本文围绕激光雷达的基本结构与分类，从多方面剖析其在气象与大气环境监测当中的实际应用情况，望能为此领域应用研究提供一些参考。

关键词：气象；大气环境；激光雷达激光雷达实为一种具有主动式特点的光学遥感设备，乃是多种技术紧密融合后而形成的产物，如现代激光技术、传统雷达技术等；需要指出的是，激光雷达将激光当作光源，借助辐射信号（由目标物与探测激光彼此作用而产生）来对目标物进行遥感。

激光雷达较之传统的微波雷达，因所用的为激光束，因而有着更高的工作频率，且还具有分辨率高、低空探测性能好、抗干扰能力强、方向性强、质量轻及单色性好、体积小等优点。

所以在多领域高精度遥感探测中得到不错应用，比如导航、环境监测、通信及定位等，尤其是在气象要素测量、大气环境监测等方面，更具优势。

本文就其具体应用探讨如下。

1.激光雷达的基本结构分析从基础层面来分析，激光雷达系统主要由3部分构成，其一为激光发射，其二是接收、采集回波信号，其三为控制。

当激光束与大气物质之间发生相互作用后，便会产生大量的回波信号，此乃激光雷达实施大气探测的核心所在。

采用激光雷达对大气环境进行探测的基本原理为：激光器将激光发射出去，当其与大气当中的气溶胶及多种大气成分之间相互作用后，便会有后向散射信号产生。

针对探测器所接收的信息（携带着被测物质）通过对其进行分析、处理，便能够获得所需要的诸如大气密度、速度、消光系数等大气物理要素。

2.激光雷达的种类（1）依据激光器不同的工作物质，可将激光雷达划分成三种类型，分别是固体激光雷达、半导体激光雷达与气体激光雷达。

针对气体激光雷达而言，其最具典型性的为CO激光雷达，此雷达于红外波段工作，有着比较小的大气传输衰2减率，并且还有着较远的探测距离，已被广泛应用于大气风场、环境监测领域中。

南京地区低空雾霾气溶胶的拉曼-瑞利-米激光雷达测量

７００
ｍ，大气边界层气溶胶出现的高度为１
ｏｏｏ
ｍ左右，厚度大约为１
５００ｍ。
关键词：雾霾；激光雷达；气溶胶；散射
中图分类号：ＴＮ２１９；０６４８．１８文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡ０２０１２３３．０５０７００２
Ｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ
ｆ０矿ｈａｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｂｙ
ＲａｍａｎＩＲａｙｌｅｉｇｈ－ＭｉｅｌｉｄａｒｉｎＮａｎｊｉｎｇ
强度是前面（１５：ｏｏ一１８：００左右）观测结果的３倍，这说明天气条件发生变化，出现了不同性质的雾霾。图２中９个图形都表示到５００ｍ高度以后，激光雷达没有回波，说明激光不能穿透雾霾层。但图２中前６个图形距离平方矫正信号强度很小，比后３个图形强度小很多。这说明前６个图形是浓雾，后向
万方数据
１９：ＯＯｉｎｔｈｅｅｖｅｎｉｎｇ．Ｔｈｅｆｏｇ—ｈａｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｃｏｉｎｃｉｄｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｏｎ
ｔｈａｔｄａｙ．Ｔｈｅｆｏｇ—ｈａｚｅ１ｉｄａｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙａｅｒｏｓｏｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｆｏｇ—ｈａｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｎｏｒｔｈｓｕｂｕｒｂｏｆＮａｎｊｉｎｇ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅ
ｂｙＲａｍａｎ—Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｍｉｅ
ｌｉｄａｒｉｎｔｈｅ
ａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ
ｏｎ
ｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔ．ｆｒｏｍ０１：００

激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用

激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用激光雷达是一种能够测量目标距离和速度的高科技感测量设备。

在大气环境监测和气象研究中应用广泛，其测量精度极高，能够实现远距离非接触式测量目标的位置、尺寸、形态和运动状态，具有不可替代的优势，成为当今大气环境监测和气象科学研究中不可或缺的重要工具。

首先，激光雷达在大气环境监测中可以用来测量空气污染物的浓度和分布。

对于空气污染物的监测，激光雷达可以通过依据不同污染物的特定光谱或散射特性，快速、高精度地识别和测量各种污染物含量。

例如，二氧化氮、臭氧、二氧化硫等污染物的浓度分布图可以通过激光雷达获得。

这些数据可以用来更好地理解空气质量变化的动态和特异性，促进环保政策的制定和空气净化工作的开展。

其次，激光雷达在气象研究方面具有十分重要的应用。

通过激光雷达测量云层结构和降水现象等信息，可以深入了解大气运动和水循环过程。

对于稳定和不稳定的大气层结和风场的观测，激光雷达可以通过探测平流层和对流层的温度和湿度的垂直分布来提供信息，从而帮助研究者更好地理解大气层结的变化和天气现象的产生机理。

在这个过程中，多种类型的激光雷达，如飞行时间激光雷达、多普勒激光雷达、拉曼激光雷达等，起到不同的作用，形成了多学科、多技术的综合研究方法。

当然，激光雷达在大气环境监测和气象研究中还有很多其他的应用。

例如，它可以通过三维测量获得天然灾害的影像信息，如洪水、地震、山体滑坡等的灾害范围、地面高度等信息。

此外，激光雷达可用于全球气候变化的研究，通过测量植被和陆地表面的高程、温度等信息，更好地理解气候变化的影响。

这些应用不仅有望帮助人们更好地监测和预防自然灾害，还将成为促进气象环境监测和气象科学研究领域快速发展的驱动力。

瑞利激光雷达探测中层大气密度和温度

瑞利激光雷达探测中层大气密度和温度黎莲春;敖发良【摘要】利用瑞利(Rayleigh)散射激光雷达探测中层大气密度和温度的原理和方法,能够探测30～90 km范围的中层大气密度和温度的垂直分布.根据这种方法和实际测量得到的数据,把反演得到的结果与标准大气模型CIRA86观测结果进行了对比,凸显具有较好的一致性.在一般情况下, 30～65 km高度范围内激光雷达获得的大气密度与CIRA86密度偏差≤5 %;温度偏差＜3 k,而在75 km以上温度偏差较大.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2010(030)004【总页数】4页(P281-284)【关键词】激光雷达;瑞利散射(Rayleigh);中层大气;大气密度和温度【作者】黎莲春;敖发良【作者单位】桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TN929.1研究中层大气热结构旨在理解动态过程、辐射过程和化学过程,且耦合不同地区的大气,是非常重要的。

虽然温度控制着化学反应速率和臭氧含量,但是平流层的温度结构被臭氧含量和温室效应气体控制着。

随着激光雷达技术的引进,通过高时空分辨率的瑞利激光雷达可以获得比较精确的中层温度廓线。

激光雷达探测大气在理解中层大气动态诸如温度结构短期和长期变化、潮汐和重力波等方面很有用。

长期温度观测在探测基于人类活动和太阳活动而导致气候变化很有用。

据报道,由于潮汐而导致的温度差异为3 k,其最大值出现在平流层顶,且季节变化而产生的误差高达2 k。

通过同时测量进行比较,发现偏差跟正在迁移的潮汐或者目前状态的潮汐有关,而不是设备特性问题。

激光雷达的高分辨率有助于观测中间层逆温层,在70～85 km之间,低纬度的中间层逆温层由瑞利激光雷达探测获得,而高纬度的逆温层由钠激光雷达获得。

卫星观察也可以发现逆温层。

激光雷达测量设备经常设置在大陆表面(一般在中高纬度)。

探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达

探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达刘玉丽【摘要】为了研制一种测量边界层大气温度的激光雷达,采用氮气和氧气的转动喇曼谱的强度比反演大气温度垂直分布的方法,对转动喇曼激光雷达系统进行了理论分析与实验研究,取得了边界层内的大气温度数据.结果表明,该激光雷达测量的大气温度在0km~2.5km处与大气模式表现出了较好的一致性,激光能量为100mJ,测量时间约为17min,垂直分辨率为7.5m;2.5km处信号随机起伏引起的统计误差达到1K,可以对边界层内2.5km以下的大气温度进行高精度测量;如果要使测量的高度进一步增加,可以增大激光脉冲的能量或选用口径大的望远镜.这对探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达系统的研制提供了有益的指导.%In order to develop a lidar to measure temperature profiles in the planetary boundary layer,the vertical distribution of atmospheric temperature was retrieved based on the ratio of the rotational Raman spectrum intensity of nitrogen and oxygen.After theoretical analysis and experimental research of rotational Raman lidar system,the atmospheric temperature data in the boundary layer were obtained.The results show that,the atmospheric temperature measured by the lidar is in good agreement with atmospheric model in the range of 0km to 2.5km.The statistical error caused by random fluctuation of signal at 2.5km reaches 1K under the conditions of laser energy of100mJ,measurement time of about 17min and vertical resolution of7.5m.The atmospheric temperature below 2.5km within the boundary layer can be measured with high accuracy.The increase of laser pulse energy or the select of the telescope with large caliber would improve the height ofthe measurement further.The study provides the favorable guidance for development of rotational Raman lidar systems for detecting atmosphere temperature in boundary layer.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2018(042)004【总页数】4页(P541-544)【关键词】大气光学;激光雷达;转动喇曼谱;边界层大气温度;双光栅单色仪【作者】刘玉丽【作者单位】国防科技大学电子对抗学院导航和制导对抗系,合肥230037【正文语种】中文【中图分类】TN958.98引言边界层内的大气温度变化，对解释地球温暖化现象、太阳辐射、提高气象预报准确度等具有重要的意义[1]。

Raman激光雷达探测对流层中上部大气温度分布

Raman激光雷达探测对流层中上部大气温度分布吴永华;李陶;周军;胡欢陵;岳古明;戚福弟;金传佳【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2002(026)005【摘要】介绍了一台氮分子(N2)Raman激光雷达系统.利用N2分子Raman散射和气溶胶及分子的Mie-Rayleigh散射信号,通过同时订正分子、气溶胶和臭氧的衰减,反演出对流层中上部大气密度和温度的垂直分布,其结果与常规球载无线电探空仪探测资料对比,在8～18 km范围内表现了较好的一致性.其中,二者测量的温度在9～15 km高度内相对差别小于4 K.【总页数】7页(P702-708)【作者】吴永华;李陶;周军;胡欢陵;岳古明;戚福弟;金传佳【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031【正文语种】中文【中图分类】P4【相关文献】1.拉曼激光雷达探测对流层二氧化碳浓度分布 [J], 李正雷;范广强;胡顺星;闫顺生;谢军;赵培涛2.北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测 [J], 邱金桓;郑斯平;黄其荣;夏其林;杨理权;王文明;潘继东;孙金辉3.Raman-Mie激光雷达探测对流层气溶胶波长指数 [J], 王晓宾;胡欢陵;李琛;胡顺星4.喜马拉雅山中段北坡对流层中上部大气降水化学的高程分布特征 [J], 康世昌;秦大河;姚檀栋;任贾文5.激光雷达探测平流层中上部大气密度和温度 [J], 吴永华;胡欢陵;胡顺星;周军;张民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

激光雷达技术在大气环境监测中的应用

激光雷达技术在大气环境监测中的应用激光雷达具有波长短、方向性强、单色性好、抗干扰性高和体积小等特点，在应用中呈现出了较高的探测灵敏度、空间分辨率和抗干扰能力。

自20世纪60 年代问世以来，激光雷达技术得到了飞速发展和广泛的应用，其应用涉及到城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、资源勘探、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、科学研究和军事工程等各个领域提供了极为重要的原始资料，特别是在大气环境监测方面发挥了重要作用。

检测的实时数据为研究气候变化、天气预报和自然灾害预报，建立正确的大气模型提供了有力依据。

标签：激光雷达;大气环境;监测1 激光雷达的构成及分类激光雷达是传统的雷达技术与现代激光技术相结合的产物，其工作在红外和可见光波段。

由激光发射系统、光学接收系统、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收系统再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。

2 激光雷达在大气环境监测方面的应用2.1 气溶胶及颗粒物的探测气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。

气溶胶通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射影响着地球—大气系统的辐射收支，它作为凝结核参与云的形成，从而对局地、区域乃至全球的气候有重要的影响，尽管其在大气中的含量很低，但气溶胶和云对气候变化的影响还是很大的。

对气气溶胶进行探测使用的技术为Mie 散射相关探测技术，应用该技术的激光探测雷达称为Mie 散射激光雷达。

Mie 散射是由大气中粒径较大的悬浮物引起的激光波长不发生变化的弹性散射。

激光发射器向大气发射偏正脉冲光，被传输路径上的空气分子、气溶胶或云散射，其后向散射光被接收望远镜接收，再进行适当的信号处理后得到整个大气回波信号，从而反演出大气气溶胶消光系数垂直廓线和时间演变等特征。

激光雷达测量大气温度的傅里叶分析方法

第16卷　第5期强激光与粒子束Vol.16,No.5 2004年5月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS May,2004　文章编号:100124322(2004)0520563204激光雷达测量大气温度的傅里叶分析方法Ξ王　刚1,2,王仕　1(1.电子科技大学　物理电子学院,四川　成都610054;2.烟台师范学院物理与电子工程学院,山东　烟台　264025) 摘　要:　在对流层(小于12km),由于大气中气溶胶的存在,传统的利用大气中瑞利散射光谱测量大气温度的方法具有一定的局限性。

借助傅里叶分析方法对不同高度的大气后向散射光谱通过碘吸收池所产生的不同透过率曲线进行处理,同时考虑了对流层中气溶胶的影响,可得到对流层中不同高度、不同大气后向散射比条件下的温度轮廓线。

关键词:　激光雷达;大气温度测量;瑞利散射;米散射;后向散射比中图分类号:　TB96 文献标识码:　AΞ收稿日期:2003209202;　修订日期:2003211217基金项目:四川省科技厅基金资助课题(J SA2011)作者简介:王刚(1970—),男,电子科技大学硕士研究生,现从事信息光学方面的研究工作;工作单位为烟台师范学院。

由此可知,在纯净大气中只要得到瑞利光谱的FWHH,即可得到对应的大气温度。

但在低空中,上述方法的局限性很大。

由于气溶胶粒子的存在,将导致大气后向散射比(R b)发生变化,R b[6]一般定义为R b(r)=[βa(r)+βm(r)]/βm(r)(5) 利用大气分子和气溶胶散射比,可以模拟计算得到瑞利散射和气溶胶散射的混合信号[7]。

图1为模拟得到的温度T=268K,R b=8时的大气后向散射光谱曲线。

由于大气中气溶胶粒子的存在,使得此时的大气回波曲线与该温度下的瑞利散射曲线在光谱分布上有很大的差异,原有的通过直接测量瑞利光谱的FWHH,即可得到对应的大气温度T的方法已经不再适用。

利用小波降噪的瑞利激光雷达平流层温度反演_田力

第41卷第3期红外与激光工程2012年3月Vol.41No.3Infrared and Laser Engineering Mar.2012利用小波降噪的瑞利激光雷达平流层温度反演田力1，郭胜利1，卜令兵2，黄兴友2，夏俊荣2(1.南京信息工程大学数理学院，江苏南京210044；2.南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏南京210044)摘要：介绍了瑞利-拉曼-米散射激光雷达的基本结构与瑞利散射温度反演原理，通过分析对比获得了适合瑞利散射信号的小波分解层数及阈值选取规则，并分别使用小波硬阈值法与软阈值法对信号进行处理，相比而言软阈值法具有更好的降噪效果。

利用上述算法反演出南京上空平流层28~46km的温度廓线，将结果与MSISE-90大气模式及AIRS卫星数据进行比对，均表现较好的一致性，验证了小波降噪在瑞利激光雷达温度反演算法中的可靠性。

在算法研究的基础上，反演了2009年12月19日19时20分至20时20分连续观测的数据，表明在短时间内平流层温度总体趋势稳定；并对2009年10月至12月的观测数据进行分析处理，得到南京上空平流层月平均温度廓线，表明南京上空的平流层温度在冬季变化不明显。

关键词：瑞利激光雷达；小波降噪；温度反演；平流层中图分类号：TN958.98文献标志码：A文章编号：1007-2276(2012)03-0649-06Stratosphere temperature inversion algorithm of Rayleigh lidarusing wavelet-denosingTian Li1,Guo Shengli1,Bu Lingbing2,Huang Xingyou2,Xia Junrong2(1.Department of Mathematics and Physics Science,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing210044,China;2.Key Laboratory of Meteoroglogical Disaser of Ministry of Education,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing210044,China)Abstract:The basic structure of Rayleigh-Raman-Mie(RRM)lidar and temperature inversion principle of Rayleigh scattering were introduced.The best result of wavelet decompose layer and threshold selection method for Rayleigh scattering signals were obtained by analysis and pared with the wavelet hard-threshold method,the wavelet soft-threshold method had better denoising result.The wavelet denoising algorithm was used to invert the stratosphere temperature profile over Nanjing between the altitude from28to46km.By comparing with both the MSISE-90model and the result from AIRS,it showed good consistency and verified the reliability of the algorithm.Based on studies of the algorithm,continuous observation data form19:20to20:20on December19th in2009were processed,indicating that the stratospheric temperature was stable in short time.Long time observation data from October to December in 2009were processed as well,the results show that the average stratopause temperature has stable trend between October and December.Key words:Rayleigh lidar;wavelet-denoising;temperature inversion;stratospheric收稿日期：2011-07-22；修订日期：2011-08-19基金项目：国家自然科学基金(40805016/D0503)；江苏省研究生科研创新计划(CXLX11-0632)作者简介：田力(1985-),男，硕士生，主要从事激光雷达探测方面的研究工作。

瑞利激光雷达探测大气温度廓线

Ｆｌｏｉｄｒａ：ＫｒｉｅｇｅｒＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｐｎｙ，１ａ９９２：３２０－４１３．
［２］刘小勘，胡顺星，翁宁泉等，瑞利激光雷达探测犬气温度算法分析们．大气与环境光学学报，２００６，１（３）：１９０ — １９１．
１０之间。３．２参考点的影响参考高度选取越高越好，参考高度的温度数值一般采用
—
模式或探空资料。下面来分析参考温度值的影响。数据采用２０１１年１１月２５日２１时２６分的观测数据，选取参考高度为１原理５４．６Ｋｎ，对２ｉ５ —５５ｋｍ高度进行温度反演。反演时，将参考气溶胶粒子在平流层的中上部造成的散射回波可以忽略不温度分别增加５％和减少５％，并将测量结果与原始结果对比，计；大气密度廓线可以由某一高度上的大气密度计算得出；理得到的对比情况如图２所示。想气体下的状态方程、大气静力学方程相结合，可以得到大气
的温度受影响程度不同：对４０ｋｍ以下高度，温度参考值的选
Ｎ（ｚ）：美国标准下的大气密度数值。Ｐ（ｚｏ）：参考高度回波光子数，所选的是一组高度ｚ △ｚ到Ｚ０＋ △ｚ（ △ｚ：距离分辩为１５０ｍ；积分时间：８ｍｉｎ）的平均数值。船为背景噪声所引起的光子数。使用公式（１），计算出在２５ — ９０ｋｎ高度范围的大气分子ｉ的回波光子数。实际测量中，由于实验条件受限，选取了简化的背景噪声处理方法。发现当高度增加到足够高时，雷达的回波信号可以认为全部是背景噪声所引起的。图１所示数据为雷达实测的原始数据。取几乎没有影响；而对４０ｋｍ以上高度，误差逐渐增加，并向两侧远离模式值，并且参考温度增加５％对于结果的影响要大于参考温度减少５％时的影响。

激光雷达技术

激光雷达技术激光雷达（LiDAR, 发音为莱达）机载激光雷达是一种主动式对地进行三维直接观察和测量的技术, 因此我们可以使用它昼夜工作。

随着计算机技术、GPS和其自身技术的发展和完善, 机载激光雷达最近几年受到了越来越多的重视。

LiDAR（莱达）是从英文短语Light Detection And Ranging中提取出来的。

我们望字生意, 很容易把莱达（LiDAR）与雷达（RADAR）联系起来。

而Light Detection And Ranging与Radiowave Detection And Ranging确实是一对孪生兄弟。

在雷达中, 我们采用的是无线电波, 而在莱达中, 我们采用的是激光器发射的可见和近红外光波, 在大气和环境研究中, 也会采用其它波段的光波。

因此, 有时我们又将莱达称作激光雷达。

激光雷达工作原理:激光雷达的工作原理与雷达非常相近。

由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上, 打到树木上, 道路上, 桥梁上, 房子上, 引起散射。

一部分光波会经过反射返回到到激光雷达的接收器中。

接收器通常是一个光电倍增管或一个光电二极管, 它将光信号转变为电信号, 记录下来。

同时由所配备的计时器记录下来同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间T。

于是, 就能够得到由飞机上的的激光雷达到地面上的目标物的距离R为: R = CT/2。

这里C代表光速, 是一个常数, 即C=300,000公里/秒。

激光雷达每一个脉冲激光的最大距离分辨率（maximum range resolution）也可由以下公式给出: ⊿R = C/2·(tL+tN+tW) 这里, tL代表激光脉冲的长度, tN代表接收器电子器件的时间常数, tW代表激光与目标物体的碰撞时间常数。

对于一个Q-开关的Nd:YAG激光器, 它的脉冲常数是10纳秒, 接收器电子器件的时间常数stN一般是50纳秒到200纳秒, 激光与目标物体的碰撞时间常数tW较小, 一般忽略不计。

瑞利散射多普勒激光雷达风场反演方法

瑞利散射多普勒激光雷达风场反演方法*沈法华1，2，董吉辉2，刘成林1，王忠纯1，舒志峰2，孙东松2(1.盐城师范学院物理系江苏盐城2240022.中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031)摘要：关键词：激光雷达；瑞利散射；多普勒；风；Fabry-Perot 标准具中图分类号：TN958.98 文献标识码：AWind Retrieval Method of Rayleigh Doppler lidarSHEN Fa-hua1,2, Dong Ji-hui2, Liu Cheng-lin1, Wang Zhong-chun1, Shu Zhi-feng2,SUN Dong-Song2(1. Department of Physics, Yancheng Teachers College, Yancheng, 224002, China;2. Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, the Chinese Academy of Sciences, Hefei, 230031,China)Abstract:Key words:Lidar, Rayleigh scattering, Doppler, Wind, Fabry-Perot etalon1引言高精度、高分辨率的全球大气风场观测在气象研究、天气预报、大气环境监测和国防高技术战略/战术武器系统的气象保障、靶场气象条件检测等方面都具有广泛的应用。

目前，直接探测多普勒测风激光雷达是能够实现全球范围三维风场测量的最有效工具。

直接探测测风激光雷达对大气风场的测量主要利用了气溶胶或分子作为后向散射目标。

在气溶胶散射较强的区域，一般在低对流层或边界层附近，米散射测风激光雷达提供了高频谱分辨率和高灵敏度测量的可能性。

但是在南半球的大部分地区和海洋中部地区，自由对流层的气溶胶浓度较低，而且在高对流层至平流层顶区域，气溶胶浓度一般很低，米散射测风激光雷达就无能*基金项目：安徽省国际科学合作计划项目（0908*******）作者简介：沈法华（1981~），男，博士，从事激光雷达大气探测研究；Email: sfh81914@。

探测大气温度和气溶胶的瑞利_拉曼_米氏散射激光雷达

光学学报第 30 卷第 1 期 2010 年 1 月Vo l . 30 , No . 1 J a n u a r y , 2010AC TA O P TI C A S IN I CA文章编号 : 025322239 (2010) 0120019207探测大气温度和气溶胶的瑞利2拉曼2米氏散射激光雷达伯广宇刘博钟志庆周军(中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心 , 安徽合肥 230031)摘要研制了一台瑞利2拉曼2米氏散射激光雷达 ,实现了对流层和平流层大气温度和密度的探测。

作为多参数大气探测系统 ,该激光雷达也实现了夜间至 25 k m 、白天至 5 k m 高度气溶胶的探测能力 ;其中激光雷达是探测平流层气溶胶最有效的手段之一。

利用该激光雷达对目前合肥地区对流层温度、平流层逆温现象、对流层和平流层气溶胶做了探测和分析 ,并给出若干典型结果。

分析表明 ,该激光雷达数据可靠 ,可用于大气温度、密度、气溶胶的常规观测和分析研究。

关键词激光技术 ;激光雷达 ;大气温度 ;气溶胶 ;大气密度中图分类号 TN958 . 98文献标识码 Ad o i : 10 . 3788/ AOS20103001 . 0019R a y l e i g h 2R a m a n 2M i e L i d a r f o r A t m os p h e r i c Te m p e r a t u r e a n dA e r os ol P r of i l e s M e a s u r e m e n tB o Gua n g yu L i u B oZhon g Zhi qi n gZhou J u n( L a b o r a t o r y of At m o s p h e r i c Op t i c s , A n h u i I n s t i t u t e of Op t i c s a n d Fi n e Mec h a n i c s , C h i n e se Ac a de m y of Scie n c es ,Hef ei , A n h u i 230031 , Ch i n a )A bs t r a c t A Rayleig h 2Raman 2Mie Lidar ( RR ML ) has bee n de velo ped f or meas uri ng at mosp h e ric t em p e rat ure , d e n sit y and ae rosol p rofiles . As a comb i ned s y st e m , RRML has t he ab ilit y t o meas ure ae rosol and ci r r us u p t o 25 km at ni g ht and 5 km duri ng dayti me . Esp ecially , lidar is t h e mos t efficie n t met h od i n meas uri ng s t rat osp h e ric ae rosol . Usi ng R RM L s y s t e m , t h e change of t rop osp he ric t e m p e rat u r e , t h e i n ve rsion laye r at s t rat o sp h e re and t he background ae rosol at s t rat o sp h e r e has b ee n det ect ed i n Hef ei , C hi na . The res ults i n d icat e t h at meas ure me nts of RRM L are reliab le , and RRM L can be e m ployed f o r t h e routi n e ob se r v ations and t h e analysis of at m osp h e r ic t e m p e r at u re and ae r osol .Ke y w o r ds las e r t e c h n i q ue ; li d a r ; a t m osp he ric t e m p e r a t u r e ; ae r o s o l ; a t m osp he ric de n si t y影响 ,并且探测高度受天气条件的制约。

激光雷达在航空气象研究中的应用

激光雷达在航空气象研究中的应用随着航空业的发展和气象学的进步，激光雷达成为航空气象研究的重要工具。

激光雷达利用激光束测量大气中的各种粒子和气溶胶，可以提供关键的气象信息，帮助航空业进行天气预报、飞行安全和气候研究。

本文将介绍激光雷达在航空气象研究中的几个主要应用。

一、大气颗粒物监测航空器在飞行中会遭遇各种颗粒物，如尘埃、烟雾、云雾等。

这些颗粒物对于航空器的可见性、飞行安全以及人员健康都有重要影响。

激光雷达可以通过测量散射回波的方式，实时检测和监测大气中的颗粒物浓度和分布情况。

借助激光雷达技术，航空业可以及时掌握大气颗粒物的动态变化，对航班起降和航线安排做出合理决策。

二、大气温度和湿度分析对于航空飞行来说，大气的温度和湿度是非常关键的因素。

它们直接影响着飞机的性能、燃油消耗和飞行路径。

而传统的观测方法，如气象气球和探空火箭，成本高昂且无法提供连续的数据。

激光雷达则可以通过测量大气中水蒸气的反射强度来推算温度和湿度。

这种非接触式的测量方法既节约了成本，又提供了高精度的数据，为航空气象研究提供了重要参考。

三、风场分析与预测对于航空器的起降和飞行过程，风场是一个重要的气象参数。

传统的风场观测通常依赖于地面或空中观测站点，空间和时间分辨率不高。

而激光雷达可以通过测量大气中的微小颗粒物的速度来推算风场的情况。

这种非接触式的测量方式使得风场的观测范围更广，覆盖了航空飞行高度的大气层，并且观测精度更高。

在航空安全和飞行效率方面，风场的准确预测极为重要。

四、云和降水分析云和降水一直是航空飞行的重要气象参数。

传统的观测方法通常不够精确，并且空间覆盖范围有限。

而激光雷达可以精确测量云和降水中的水含量、颗粒物大小以及云底高度等参数。

这些信息对于预测降水带和云量密度，提供了重要的科学依据。

通过激光雷达的引导，航空器可以避开降水区域，保证飞行的安全性和舒适度。

综上所述，激光雷达在航空气象研究中扮演着不可或缺的角色。

它的使用不仅提供了精确可靠的气象数据，还为航空业提供了精确的天气预报和飞行安全保障。