基于60km瑞利多普勒激光雷达的平流层重力波研究

发布时间：2021-01-11 23:09

　　临近空间的密度、温度、风场数据是大气动力学、热力学研究,大气建模和空间天气预报的重要基础之一。中科大研制的瑞利多普勒激光雷达系统,能够提供15-60km范围的连续高精度、高时间和空间分辨率的温度、密度和风场数据。系统采用双边缘技术,利用三通道FPI进行频率锁定和信号鉴频。在2013年到2016年期间,共获取了多于100天的有效数据。并且与气球探空仪数据和MERRA、ECMWF等模式数据进行验证对比的结果良好。在风速反演过程中,由于不同高度的瑞利信号展宽与该处的大气温度直接相关,本文详细阐述了利用实测大气温度廓线对大气的回波信号的瑞利展宽进行计算并代入到响应函数中进行风速反演进行校正的过程。与此同时也介绍了基于FPI鉴频系统所实施的新型HSRL高光谱测温方法,该方法利用FPI的腔长调制,对大气回波信号进行频谱扫描,从而能够解决传统积分测温技术受到30km以下粒子散射影响而无法获取准确温度反演的问题。重力波是大气动能传播的重要途径之一。传统的温度数据所提取的重力波,不能够全面直接地获取重力波的重要特性和特征参数。风场和温度的联合观测,能够给出波动模式的偏振关系。通过温度和风场分量之间的偏振... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?６０ｋｍ瑞利多普勒激光雷达光束指向示意图??

秦．??图１．１?６０ｋｍ瑞利多普勒激光雷达光束指向示意图??信号鉴频器利用三通道的ＦＰ［?（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ）实现对回波信号??的多普勒频移测量。其中有一个锁定通道和两个信号通道。锁定通道的作用是将??ＦＰＩ的中心频率锁定在出射激光的频率位置，两个信号通道的透过率曲线相互交??叉在边缘的半高位置。出射激光频率就被锁定在两个边缘的交点。ＦＰ１的调谐和??稳定是通过压电系统实现的。当回波信号相对于出射激光频率存在多普勒频移的??时候，一个信号通道的透过信号减弱，另一个信号通道的透过信号增加，利用两??通道信号差异反演出多普勒频移大小。这一反演过程需要首先定义双通道的响应??函数：??Ｎ?ＣＮ．（ｚ）－ＮＪｚ）??Ｒ（ｚ）?＝?—￣￣２—?（１．２）??ＣＮｘ｛ｚ）?＋?Ｎ２｛ｚ）??每一个径向，根据两个通道的原始信号，计算得出不同高度的响应。＇（ｚ）和??Ｎ２（ｚ）分别为两个信号通道的光子数。在ＦＰ丨的校准过程中，根据两个信号通道??的透过率曲线，已经提前获取响应函数值和多普勒频移的关联。因而可以由观测??得到的响应值，反演出多普勒频移，进而反演出经向风速。??２??

Ｓｐｅｃｔｒａｌ?Ｗｉｄｔｈ?Ｊｖ；：／Ｊｗ?Ｓｐｅｃｔｒａｌ?Ｓｐａｃｉｎｇ?２??图１．２左：标准具设计过程中的误差分布；右：气??溶胶和分子信号的风速灵敏度。??图（１．３）给出了系统的示意图，系统采用Ｑ－ｓｗｉｔｃｈｅｄ，灯泵三倍频的Ｎｄ：??３??

【参考文献】：
期刊论文
[1]Correction of temperature influence on the wind retrieval from a mobile Rayleigh Doppler lidar[J]. 赵若灿,夏海云,窦贤康,孙东松,韩於利,上官明佳,郭洁,舒志峰.  Chinese Physics B. 2015(02)



本文编号：2971653