激光雷达和毫米波雷达的卷云微物理特性的联合反演方法

联合激光雷达和毫米波雷达对卷云观测可以得到更全面的卷云特性信息,是卷云观测的一种发展趋势。使用美国大气辐射观测(Atmospheric Radiation Measurement,ARM)计划中卷云观测数据,将激光雷达和毫米波雷达反演的云边界信息相结合,得到更为准确的卷云边界信息。提出卷云微物理特性的激光雷达和毫米波雷达联合反演算法,该联合反演算法能在激光雷达不能穿透或毫米波不能识别卷云的情况下,反演出整个卷云的冰水含量、光学厚度。使用联合反演算法对一次卷云过程进行反演,其中激光不能穿透的区域冰水路径含量反演精度提高24%,毫米波雷达无法识别的区域冰水路径含量反演精度提高48%。在正确反演冰水含量的基础上,利用冰水含量、粒径分布与光学厚度的关系得到卷云过程的光学厚度,克服了由于卷云对激光雷达强衰减导致的光学厚度观测的困难。

激光云粒子探测技术

云滴粒子探测器是人工影响天气的重要测量仪器之一,为建立可用于业务的云滴粒子探测器,对云滴粒子探测器的光学系统进行设计。该探测器使用单模光纤耦合输出的685 nm的激光作为光源,通过方形光阑和4 f光学系统产生均匀照明,接收系统中利用45°反射镜中心开孔抑制直接入射光,并用小孔光阑控制整个光学系统的景深。实验结果表明,激光整形后光束近似均匀,系统能对直接入射光具有较强的抑制能力、景深控制方案合理。利用小孔光阑模拟云滴粒子实验表明,该样机具有云滴粒子探测能力。

云和气溶胶探测星载激光雷达及其应用

介绍了在轨飞行的云和气溶胶探测星载激光雷达系统的原理和结构,该激光雷达能够探测全球范围内30 km以下的云和气溶胶的消光系数和退偏比。利用CALIPSO实测数据,对发生在华北的一次沙尘天气进行分析,得到了河北省内沙尘消光系数和退偏比分布。结果表明,由沙尘气溶胶导致的消光系数最大可以达到0.22/km;该次沙尘具有典型的层状结构,最可几层数为2,沙尘层的最大退偏比可以达到0.23。

基于Fizeau干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达研究

回顾了基于Fizeau干涉仪的多普勒测风激光雷达的基本原理,在对测风雷达的主要参数说明的基础上,分析了多通道探测器的选择以及由于干涉仪圆形口径引起的通道间的能量修正系数问题,最后对基于Fizeau干涉仪多普勒测风激光雷达雷达系统的风速测量误差进行了数值模拟.结果显示,研制中的基于Fizeau干涉仪的多普勒测风激光雷达系统在5 km以下范围内,风速测量误差可以达到0.56 m/s(30s积分实际时间).

云粒子探测器研究

介绍了米氏（Mie）散射理论，设计了基于米氏散射理论的云粒子探测器。该探测器使用685nm的二极管激光器照亮敏感区域的云滴粒子。光学接收部分分为前向散射和后向散射两部分，前向散射接收云粒子立体角在4°～12°的散射而后向散射接收126°～134°之间的能量。根据前向散射信号的强度可以确定云滴粒子尺寸，云粒子尺寸确定后，可以利用前向散射和后向散射的比值推断被测云粒子的相态。利用米氏散射理论计算了云粒子散射能量强度随粒子尺寸的变化和前、后向散射能量比随云粒子折射率的变化。