地基激光雷达和无线电探空仪对气溶股/液水层中冰晶形成的研究

发布时间：2025-02-08 12:59

　　冰晶粒子虽然只占悬浮的水汽凝结体的很少部分,但它强烈影响地球辐射平衡和气候,以及云电极化和降水,是当前科学研究的重点。初始冰晶的形成是一种核化过程。目前冰晶的核化理论并不完善,特别是异质核化过程,受气溶胶和大气环境的影响。大气中冰晶形成过程极其复杂且未被完全认知,其内在的实际主导机制以及环境条件,气溶胶特征和冰晶进一步增长之间的清晰联系并未建立。当前对云内冰晶形成的外场观测很少,特别是初始的冰晶形成过程缺乏有效的观测手段。激光雷达作为一种先进的大气主动遥感手段,被广泛用于大气探测。激光雷达具有非常高的时间和空间分辨率,且相对于其他主动遥感手段是唯一能识别气溶胶的仪器。地基激光雷达对于固定目标区域持续探测的能力,使其对于初始冰晶的形成过程研究是最适合的手段。本论文利用武汉大学三套地基激光雷达系统结合常规的无线电探空仪对武汉上空的冰晶形成事件进行了分析。这是世界上第一次云内初始冰晶形成过程的观测,展示了从液水增长到初始冰晶形成过程级别的图像,以及初始冰晶的形成位置(位于云顶),为自然大气中冰晶的形成过程提供了新的认知。论文研究内容主要包括:1)简单介绍了大气中冰晶核化过程,并总结了当前不同研...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１冰晶异质核化的基本方式图解：凝华核化，凝结核化，浸润核化和接触核化

ｎｕｄｅａｔｉｏｎ，?ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ?ｎｕｄｅａｔｉｏｎ，?ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ?ｎｕｄｅａｔｉｏｎ，?ａｎｄ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｎｕｄｅａｔｉｏｎ．?Ｔｈｅ?ｉｃｅ??ｆｏｒｍａｔｉｏ打?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ａｒｅ?ｄｅｓｃｒ化ｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?化ｘｔ．??经典的冰晶异....

图１．２更多的冰晶形成机制图解

图１．２更多的冰晶形成机制图解。（ａ）内表面接触核化（ＤｕｒａｎｔａｎｄＳｈａｗ，２００５）。（ｂ）云滴??汽化产生的冰核（民ｏｓｉｎｓｋｉ?ａｎｄ?Ｍｏｒｇａｎ，?１９９１）和随后发生的凝华核化，表示为汽化冻结核??化。内表面接触核化和汽化冻结核化分别扩展了图１．１里呈现的接触....

图１．３大气对波长为３５５ｎｍ的入射激光在３００Ｋ和标准大气压下的拉曼后向散射谱，其中氮气??和氧气的相对含量分别为０．７８巧日０．２０９，水汽混合比为ｌＯｇ／ｋｇ?（引自Ｗａｎｄｉｎｇｅｒ，２００５）

对于大气常见分子来说，能级的跃迁包括转动能级和振动能级的跃迁，分别??对应纯转动拉曼谱和振动拉曼谱。由于振动能级的能量间隔大于转动能级的能量??间隔，因此振动拉曼谱频率偏移大于纯转动拉曼谱频率偏移。图１．３所示的是大??气常见分子（氮气，氧气和水汽）在入射激光波长为３５５ｎｍ时的....

图１．５激光雷达系统的基本结构（Ｗａｎｄｉｎｇｅｒ，２００５）

与振幅Ａｘ，Ａｙ和Ｓ的取值有关。??综上所述，当相位差Ｓ从－７１到３１变化时，电矢量端点的运动轨迹变化情况如??图１．４所示。??沒＝—方?巧象限?－－－方／２?巧刚象貼?０??Ｓ困圏固困??＇＇?左銘?＞??０?巧一象狼?死１２?巧二袭龄?巧??固固画巧ｍ??阻曲固脚困??Ｖ?....

本文编号：4031564