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)，也是精細結構大氣觀測的重要基本參數(shù)。它們相互依存特性，嚴重影響氣象、氣候以及大氣輻射、熱力學、動力學的變化。因此，對大氣水汽、溫度的測量，對于提高天氣預報的準確性，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，能夠為大氣環(huán)境科學研究、精細氣象預報及自然災害預警預報等特殊氣象服務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。依托西安理工大學大氣遙測中心，設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)設計的系統(tǒng)參數(shù)，利用標準大氣模型，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