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瑞利激光雷达探测中层大气密度和温度黎莲春;敖发良【摘要】利用瑞利(Rayleigh)散射激光雷达探测中层大气密度和温度的原理和方法,能够探测30～90 km范围的中层大气密度和温度的垂直分布.根据这种方法和实际测量得到的数据,把反演得到的结果与标准大气模型CIRA86观测结果进行了对比,凸显具有较好的一致性.在一般情况下, 30～65 km高度范围内激光雷达获得的大气密度与CIRA86密度偏差≤5 %;温度偏差＜3 k,而在75 km以上温度偏差较大.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2010(030)004【总页数】4页(P281-284)【关键词】激光雷达;瑞利散射(Rayleigh);中层大气;大气密度和温度【作者】黎莲春;敖发良【作者单位】桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TN929.1研究中层大气热结构旨在理解动态过程、辐射过程和化学过程,且耦合不同地区的大气,是非常重要的。
虽然温度控制着化学反应速率和臭氧含量,但是平流层的温度结构被臭氧含量和温室效应气体控制着。
随着激光雷达技术的引进,通过高时空分辨率的瑞利激光雷达可以获得比较精确的中层温度廓线。
激光雷达探测大气在理解中层大气动态诸如温度结构短期和长期变化、潮汐和重力波等方面很有用。
长期温度观测在探测基于人类活动和太阳活动而导致气候变化很有用。
据报道,由于潮汐而导致的温度差异为3 k,其最大值出现在平流层顶,且季节变化而产生的误差高达2 k。
通过同时测量进行比较,发现偏差跟正在迁移的潮汐或者目前状态的潮汐有关,而不是设备特性问题。
激光雷达的高分辨率有助于观测中间层逆温层,在70～85 km之间,低纬度的中间层逆温层由瑞利激光雷达探测获得,而高纬度的逆温层由钠激光雷达获得。
卫星观察也可以发现逆温层。
激光雷达测量设备经常设置在大陆表面(一般在中高纬度)。
探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达刘玉丽【摘要】为了研制一种测量边界层大气温度的激光雷达,采用氮气和氧气的转动喇曼谱的强度比反演大气温度垂直分布的方法,对转动喇曼激光雷达系统进行了理论分析与实验研究,取得了边界层内的大气温度数据.结果表明,该激光雷达测量的大气温度在0km~2.5km处与大气模式表现出了较好的一致性,激光能量为100mJ,测量时间约为17min,垂直分辨率为7.5m;2.5km处信号随机起伏引起的统计误差达到1K,可以对边界层内2.5km以下的大气温度进行高精度测量;如果要使测量的高度进一步增加,可以增大激光脉冲的能量或选用口径大的望远镜.这对探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达系统的研制提供了有益的指导.%In order to develop a lidar to measure temperature profiles in the planetary boundary layer,the vertical distribution of atmospheric temperature was retrieved based on the ratio of the rotational Raman spectrum intensity of nitrogen and oxygen.After theoretical analysis and experimental research of rotational Raman lidar system,the atmospheric temperature data in the boundary layer were obtained.The results show that,the atmospheric temperature measured by the lidar is in good agreement with atmospheric model in the range of 0km to 2.5km.The statistical error caused by random fluctuation of signal at 2.5km reaches 1K under the conditions of laser energy of100mJ,measurement time of about 17min and vertical resolution of7.5m.The atmospheric temperature below 2.5km within the boundary layer can be measured with high accuracy.The increase of laser pulse energy or the select of the telescope with large caliber would improve the height ofthe measurement further.The study provides the favorable guidance for development of rotational Raman lidar systems for detecting atmosphere temperature in boundary layer.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2018(042)004【总页数】4页(P541-544)【关键词】大气光学;激光雷达;转动喇曼谱;边界层大气温度;双光栅单色仪【作者】刘玉丽【作者单位】国防科技大学电子对抗学院导航和制导对抗系,合肥230037【正文语种】中文【中图分类】TN958.98引言边界层内的大气温度变化，对解释地球温暖化现象、太阳辐射、提高气象预报准确度等具有重要的意义[1]。
分析raleigh 测温与测风原理的区别即难点1 测风激光雷达的基本思想 1.1 光的多普勒效应光的传播不依赖介质，多普勒效应只与相对运动有关。
如图1，光源相对于速度为V 的S 惯性系静止，在S 中一列起始'1t 截止'2t ，光波发射的波数为N 。
在静止的D 惯性系中观测：波列起始1t ，截止2t 时刻观测者接收波列起始和截止时分别为：111rt c τ=+ （1.1.1）22221211(()cos )r t t r t t c cτυθ=+=++- （1.1.2）由时间相对性：''21t t -=（1.1.3）图1 光的多普勒频移观测者接受波列的频率为：2121()(1cos )N Nt t c υττυθ===--+ （1.1.4）其中0''21Nt t υ=- ，所以0υ= （1.1.5）cos θ为光传播方向与相对运动方向夹角的余弦值，远离时为正值。
考虑运动目标散射或反射光的多普勒频移：第一次多普勒频移：10υ=，第二次多普勒频移：21υ= 为了简化上式，将1υ其泰勒展开：24231021cos cos cos [1()][1()()]2v v v v v O O c c c c cαααυυ=-+*-+- （1.1.6）2100cos cos cos (1)(1)(1)[12cos cos ]22v v v v c c c c θθααθαθυυυυ+-=-=--≈- （1.1.7） 2102cos cos 22v c αθαθυυυυ+-∆=-=- （1.1.8）考虑雷达系统中，elevation αθ== c o s r υυα= 02r v c υυ∆=- 即径向速度2r v λυ=-∆ （1.1.9） 1.2 测风激光雷达工作简介多普勒测风激光雷达的工作原理如图2所示：激光束以一定方位角和天顶角指向大气的被探测区域。
在某一时刻，激光脉冲只是照明大气中一个近似圆柱体的部分(忽略了激光脉冲包络内由于光束发散引起的横截面积变化)。
激光雷达技术在大气环境监测中的应用激光雷达具有波长短、方向性强、单色性好、抗干扰性高和体积小等特点，在应用中呈现出了较高的探测灵敏度、空间分辨率和抗干扰能力。
自20世纪60 年代问世以来，激光雷达技术得到了飞速发展和广泛的应用，其应用涉及到城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、资源勘探、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、科学研究和军事工程等各个领域提供了极为重要的原始资料，特别是在大气环境监测方面发挥了重要作用。
检测的实时数据为研究气候变化、天气预报和自然灾害预报，建立正确的大气模型提供了有力依据。
标签：激光雷达;大气环境;监测1 激光雷达的构成及分类激光雷达是传统的雷达技术与现代激光技术相结合的产物，其工作在红外和可见光波段。
由激光发射系统、光学接收系统、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收系统再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。
激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。
2 激光雷达在大气环境监测方面的应用2.1 气溶胶及颗粒物的探测气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。
气溶胶通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射影响着地球—大气系统的辐射收支，它作为凝结核参与云的形成，从而对局地、区域乃至全球的气候有重要的影响，尽管其在大气中的含量很低，但气溶胶和云对气候变化的影响还是很大的。
对气气溶胶进行探测使用的技术为Mie 散射相关探测技术，应用该技术的激光探测雷达称为Mie 散射激光雷达。
Mie 散射是由大气中粒径较大的悬浮物引起的激光波长不发生变化的弹性散射。
激光发射器向大气发射偏正脉冲光，被传输路径上的空气分子、气溶胶或云散射，其后向散射光被接收望远镜接收，再进行适当的信号处理后得到整个大气回波信号，从而反演出大气气溶胶消光系数垂直廓线和时间演变等特征。
