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浅谈激光大气测量技术应用

2009-02-10 10:09
瑾年Invader
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    激光通过Mie散射可以遥测烟、尘,这时回波信号较强,它是激光雷达最广泛的一种应用。激光雷达其主要是利用散射来提供大气中的各种气象信息,并用于环境监测研究, 其包括大气的消光系数及后向散射系数、气溶胶模式、大气能见度、大气悬浮颗粒和浮云状物的结构及光学性质的距离分辨测量、臭氧和水蒸气等微量气体的散布情况、对流层气体以及空气密度和温度等。


    利用Raman散射法和吸收光谱法,激光可以遥测污染气体浓度和成分。故激光在大气污染监测、大气污染扩散规律的研究等方面具有重要地位。其对城市规划、山区厂矿的合理布局等具有很大的实用价值。


    低层大气的激光回波,主要是大气尘埃的贡献,通过分析激光回波波形,可获得大气尘埃消光系数的分布,从而可得大气空间浑浊状况的时、空分布。

    用激光探测温、湿、压等气象要素来补充或代替常规的无线电探空仪法,一直是人们关注的问题。激光探测可获得这些要素几乎同一时刻的空间分布廓线,并且可以频繁地测得它们的时间变化,这对于我们研究和了解大气中发生的许多过程有着重要的意义。


    激光探测湿度和密度实际上属于大气成分的探测范畴,即探测大气水汽和含量比较稳定的N2和O2,故较多地利用吸收光谱法和Raman散射法进行探测。


    在30公里以上,大气散射回波基本上由分子散射造成,其强度正比于大气密度,只要由探空资料给出某一参考高度上的密度值,就能直接由回波强度精确地算出高空密度分布,根据这一原理,利用红宝石激光器,已探测到直至90公里高度的大气密度分布。


    激光探测云雾、降水和能见度。激光能够提供一种不需要目标物、单点探测水平能见度的客观方法,还可以探测其它方法难以解决的斜视能见度问题,这对飞机着陆、海上航行等极为有用。


    当观测目标物和背景的亮度已确定的情况下,能见度主要取决于大气透明度。水平大气平均消光系数的激光探测,主要采用斜率法和回波特征法。斜率法是根据激光雷达方程,在大气水平均一的假设下,由大气回波所构成的直线斜率,求取大气水平平均消光系数,回波特征法则是根据水平大气激光回波的半宽度和峰值距离等特征量与能见度的关系,求取大气水平平均消光系数。此外,利用连续激光的大气回波,探测大气水平平均消光系数,亦有所设想。


    常用能见度来记录主要的天气状况。能见度是指白天在地平线上主观能够看到一个显著物的最大距离,或者在夜间主观能够看到中等亮度灯光的最大距离。这对飞行员或空中交通管理人员有意义。


    根据高层大气激光回波的探测分析指出,在20公里附近,存在着气溶胶回波的极大值,这也证实了平流层中Junge气溶胶层的存在。


    目前,激光导星技术已逐渐发展成熟,其为遥感探测分析太阳表面结构并获取指定路径上的大气湍流变化特征提供技术支撑,从而为自适应光学的发展奠定基础,相信在不久的将来,激光导星技术的发展成熟必将对遥感探测技术的发展起到很大的推动作用。

 

(编辑:曾聪)

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