大氣溫濕度探測拉曼激光雷達的研究.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)、動力學(xué)的變化。因此，對大氣水汽、溫度的測量，對于提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性，研究云的形成，降水等有著很重要的研究價值和社會效益。激光雷達作為新型的大氣遙感技術(shù)，能夠為大氣環(huán)境科學(xué)研究、精細(xì)氣象預(yù)報及自然災(zāi)害預(yù)警預(yù)報等特殊氣象服務(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)動拉曼散射的溫度探測原理和基于振動拉曼散射的水汽探測原理，并推導(dǎo)出拉曼激光雷達探測溫度和相對濕度的反演方法。依托西安理工大學(xué)大氣遙測中心，設(shè)計了一套基于光柵的大氣溫濕度拉曼激光雷達系統(tǒng)，重點分析了以高分辨率全息光柵和小孔光闌組成的一級分光系統(tǒng)。分析了光柵周期、入射角和光束發(fā)敞角等主要參數(shù)對分光系統(tǒng)的影響，有效提取米-瑞利后向散射信號、氮氣分子和水汽分子的振動拉曼散射信號。再利用雙窄帶干涉濾光片進行二級分光，有效提取高低量子數(shù)轉(zhuǎn)

3、動拉曼散射信號，從而實現(xiàn)對大氣溫度、水汽(濕度)的同時測量。
　　 根據(jù)設(shè)計的系統(tǒng)參數(shù)，利用標(biāo)準(zhǔn)大氣模型，選取測量時間為9分鐘，激光平均脈沖數(shù)為10000,進行了系統(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，溫度探測誤差在2.5km以下小于1K，相對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，相對濕度的不確定度在20％以內(nèi)。仿真結(jié)果充分驗證了系統(tǒng)的可行性和方案的有效性，說明該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定獲得大