基于拉曼激光雷达的大气温度和水汽反演分析

发布时间：2021-08-29 23:17

　　为了同时测量大气温度,水汽和大气气溶胶,中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学中心研制了一台多功能拉曼激光雷达。该激光雷达采用多腔干涉滤光片的高性能光谱盒,同时按小角度入射顺序安装,分离不同波长的激光雷达回波信号,并能高效率地提取信号。利用该台拉曼激光雷达进行连续观测,分析了大气温度、水汽混合比的垂直分布。研究结果表明:探测时间为5分钟,激光能量为200 mJ时,激光雷达和无线电探空仪测得的平均偏差很小, 10 km以下的总体趋势相似,同时观测到逆温层位于对流层低层。在干净天的条件下, 6.2 km高度下的夜间统计温度误差在1K以下;在轻微雾霾天的条件下, 2.5 km高度下的夜间统计温度误差在1 K以下。水汽探测过程中,激光雷达在4 km以内的相对误差不超过5%, 7.5 km以内的相对误差不超过20%。连续观测结果验证了拉曼激光雷达的可靠性,实现了对流层大气参数的实时测量。 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(05)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

TWAR激光雷达的结构图和照片

在处理激光雷达信号时, 首先要对数据进行降噪处理, 本文选择三角滤波法, 3 km以下的平滑窗口选择120 m, 3 km以上的平滑窗口选择600 m。 由图2可知, TWAR激光雷达探测的温度和无线电探空仪探测的温度在10 km高度以内仍具有相同的趋势, 吻合的很好, 同时大气温度随着高度升高而降低, 下降速率约为6 K·km-1。 然而500 m以下的激光雷达探测的温度不是那么的准确, 这主要是因为近地面几何因子的影响。标定系数a, b, c可以通过反演公式拟合得出

图3显示了2014年11月8日20:00至22:00间的连续温度廓线, 虽然由于数据统计的不确定性带来温度数据的波动, 但是仍然可以通过TWAR激光雷达观察到温度的连续变化过程。 激光雷达调整为每隔五分钟工作一次, 每次发射2 000个激光脉冲。 为了更好地观察到温度的时空变化, 连续的温度廓线依次平移13 K。 从图中可以看出2 h内的温度变化比较稳定, 2～3 km的温度缓慢增加, 这很可能是因为人类活动以及太阳辐射的挥发, 导致近地面热空气上移引起的。3.2 水汽混合比探测

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于纯转动拉曼谱线激光雷达的大气温度反演分析（英文）[J]. 刘玉丽,谢晨波,尚震,赵明,曹开法,孙越胜.  光谱学与光谱分析. 2016(06)



本文编号：3371569