大氣溫度探測拉曼散射激光雷達的關鍵技術研究.pdf

1、大氣溫度是大氣物理、天氣分析與預報及環(huán)境監(jiān)測中的一個重要的大氣氣象參數。實時探測大氣溫度剖面,對研究太陽輻射,解釋地球溫暖化現象,提高氣象預報的準確度,特別對研究城市熱島現象等具有重要的意義。拉曼散射激光雷達利用大氣分子引起的轉動拉曼譜線強度與大氣溫度的依存特性,實現溫度的實時探測,具有高的時空分辨率,在連續(xù)監(jiān)測和測量精度等方面所具有的獨到優(yōu)勢,是其它探測手段無法比擬的新穎大氣遙感技術。 論文在比較現有激光雷達大氣溫度遙感技術的

2、基礎上,提出了利用拉曼散射探測大氣溫度的系統(tǒng)設計方案,并對相關的大氣溫度拉曼散射激光雷達關鍵技術進行數值仿真及實驗驗證。由于拉曼散射信號的強度相對于彈性散射要弱3～4個數量級,本文設計了一個高光譜分辨率光柵組合雙層窄帶濾光片的高光譜分辨率的分光器,實現強背景光(米散射和瑞利散射信號)下的弱拉曼信號提取。 激光雷達系統(tǒng)選用Nd:YAG脈沖激光器的三倍頻波長(355nm)為光源,口徑250mm的卡塞格林式望遠鏡作為接收系統(tǒng),利用高光

3、譜分辨率光柵,小孔光闌組成一次分光系統(tǒng),剔除大部分太陽背景光噪音,米散射及瑞利散射信號,利用4個窄帶濾光器構成-個高光譜分辨率的分光系統(tǒng),實現對部分太陽背景光噪音,米散射及瑞利散射信號的二次濾波,并提取譜線中心波長分別為353.9nm和352.5nm的轉動拉曼信號,從而達到對瑞利散射和米散射信號的7個數量級的抑制率,并實現白天測量。 在不同大氣條件下,對西安城區(qū)低層大氣溫度進行多次實驗觀測表明,在脈沖激光能量250mJ,探測時間