拉曼激光雷達測量水汽誤差分析研究.pdf

1、在大氣中，水汽是一種重要的氣象要素，在云物理和降水的形成過程、大氣化學反應過程及能量循環(huán)過程中發(fā)揮著重要作用。水汽是大氣中唯一可以相變的氣體，水汽的特殊性及其對生命意義的影響，使水汽區(qū)別于其他氣體而受到人類的廣泛關(guān)注。作為一種光學主動遙感方法，激光雷達系統(tǒng)具有探測距離遠、精度高、靈敏度高、時空分辨率高等優(yōu)點。因此，激光雷達系統(tǒng)被廣泛應用于大氣探測、環(huán)境監(jiān)測、氣候研究等領(lǐng)域。
　　本文依托自研拉曼激光雷達系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，計算得出水汽混

2、合比，并對水汽混合比的誤差進行分析。依據(jù)誤差傳遞理論，逐項分析水汽混合比誤差的各個誤差源貢獻，結(jié)果表明:激光雷達測量水汽混合比的誤差主要包括標定常數(shù)、大氣透過率修正和回波信號三個誤差源。其中，標定常數(shù)誤差和系統(tǒng)參數(shù)及標定方法息息相關(guān)，不隨高度而改變，約為4-6％，是1.5公里以下激光雷達測量水汽混合比總相對誤差的主要來源;大氣透過率修正誤差主要源于實際大氣光學特性，隨高度升高而增加，潔凈天氣條件下對總相對誤差的影響小于4％，污染天氣條件

3、下對總相對誤差的影響小于5％;回波信號誤差和系統(tǒng)參數(shù)及大氣特性相關(guān)，在潔凈天氣條件下，回波信號誤差在垂直高度3公里以下一般小于20％，在垂直高度3公里以上，成為水汽混合比總相對誤差的主要來源;在污染天氣條件下，回波信號誤差在2公里以下一般小于30％，在2公里以上，成為水汽混合比總相對誤差的主要來源。由于回波信號的相對誤差是水汽混合比總誤差中最不確定的部分，為了詳細分析激光雷達回波信號的相對誤差，分別采用隨機誤差方法、泊松公式方法和背景信

4、號方法，計算得出水汽混合比的整體誤差，并通過激光雷達與無線電探空儀測量水汽混合比的對比實驗，分析驗證這三種計算回波信號相對誤差的方法。結(jié)果表明:三種方法各自有的優(yōu)缺點和適用條件。隨機誤差方法計算水汽混合比的相對誤差時，計算低層幾何因子和大氣中氣象結(jié)構(gòu)的測量結(jié)果相對誤差偏大。泊松公式方法計算水汽混合比的相對誤差時，激光雷達信噪比較大時，計算的相對誤差較為準確，但高層激光雷達信噪比較小時，無法計算出相對誤差。背景信號方法計算水汽混合比的相對