激光雷達(dá)在氣象和大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用探討

摘 要：激光雷達(dá)屬于現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)代化光學(xué)遙感工具，其主要是通過將以往的雷達(dá)技術(shù)還有現(xiàn)階段的激光技術(shù)有機的整合在一起造就了激光雷達(dá)的技術(shù)。本文主要論述了關(guān)于激光雷達(dá)系統(tǒng)在氣象以及大氣環(huán)境監(jiān)測上的有效應(yīng)用，著重探究了利用激光雷達(dá)對于氣象還有大氣環(huán)境中的多種元素的數(shù)據(jù)的快速監(jiān)測的技術(shù)同時深層次的探究其現(xiàn)階段存在的問題以及將來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá);大氣環(huán)境;氣象;應(yīng)用

前言

對于激光雷達(dá)來講其發(fā)展歷史僅數(shù)十年，但伴隨著科技的快速發(fā)展激光雷達(dá)技術(shù)得到了快速的發(fā)展與進(jìn)步，由于激光雷達(dá)其體積相對較小，在防干擾方面相對良好、方向性能良好、波長短等方面的特點，故而在空間分辨方面的能力較強并且擁有良好的抗干擾性能以及較強的靈敏度。所以可以做到對現(xiàn)階段的大氣以及陸地和海洋展開精度遙感探測方面有著較強的功效。特別是對于大氣環(huán)境監(jiān)測還有氣象方面有著極為強大的功效。

一、關(guān)于激光雷達(dá)的特點和類別

1.1關(guān)于激光雷達(dá)的特點

對于激光雷達(dá)技術(shù)其在技術(shù)方面要素的要求性對較為嚴(yán)謹(jǐn)，其主要關(guān)聯(lián)到激光光源、激光發(fā)射以及接受還有機械系統(tǒng)等方面，一定要有效的利用脈沖技術(shù)從而使其可以進(jìn)入連續(xù)工作的狀態(tài)。激光雷達(dá)利用脈沖或是連續(xù)波兩種工作狀態(tài)。對于其探測方式來講其整體上可以區(qū)分為直接探測還有外部探測，經(jīng)過發(fā)射特定的頻率的激光脈沖，可以把短激光脈沖傳送到大氣層，順著軌跡能夠發(fā)現(xiàn)，激光慢慢的受小粒子的影響被散射。反向散射被激光雷達(dá)系統(tǒng)中，然后通過監(jiān)測器進(jìn)行接受，獲取信號以后，通過對采集的收集進(jìn)行處理，從而獲取最終的成果。由于光的自然特性順著空間信息被監(jiān)測之后，獲取大氣中的粒子還有分子以后，可以滿足信號的移動，其在分辨能力以及抗干擾方面有著良好的效果。

1.2關(guān)于激光雷達(dá)的類別

受信息技術(shù)的快速發(fā)展的影響，激光雷達(dá)的種類也逐漸的增多。在其對大氣環(huán)境監(jiān)測階段，其中地基固定形式的激光雷達(dá)以及車載類型的激光雷達(dá)其向著網(wǎng)格化的方向發(fā)展，對于車載激光雷達(dá)來講其在多數(shù)發(fā)達(dá)國家的使用過程中有著良好的成效，多數(shù)空間激光雷達(dá)適用范圍得到了擴展。其監(jiān)測的主體主要以二氧化硫還有臭氧等，在探測階段保持高靈敏度，受吸收方式還有米氏反向散射法的實際需求，激光器主要是以半導(dǎo)形式為主，激光器的發(fā)展方向是利用半導(dǎo)體激光器泵浦的全固化激光器。

二、激光雷達(dá)對于氣溶膠和云的探測

對于氣溶膠來講其主要指的是液化狀態(tài)或者固態(tài)狀態(tài)微粒在大氣環(huán)境之中展現(xiàn)的均勻呈現(xiàn)的狀態(tài)時所構(gòu)成的極為穩(wěn)定狀態(tài)的一種懸浮體系。雖然此類顆粒在大氣環(huán)境中的含量較低，然而其所造成的影響相對較大。氣溶膠經(jīng)過吸收以及散射太陽光的輻射還有地球的長波輻射從而影響到地球至大氣系統(tǒng)在輻射方面的接受與散射，其屬于凝結(jié)核并且是云成型的重要元素，以此對部分區(qū)域甚至是整個地球的氣候有著極為重要的影響效果;對于大氣輻射的平衡來講云層對其有著相對較大的影響作用，并且對氣候有最為直接的影響，同時其變化對于天氣的變化有著預(yù)示的作用同時對天氣的變化起到一定的調(diào)節(jié)作用，因為云的存在對于氣候的變化有著相對較大的影響，對于云的分析與探究目前受外界的關(guān)注度較高。邊界層高度屬于大氣邊界層的主要參數(shù)，如何快捷有效地明確邊界層的高度還有精準(zhǔn)監(jiān)測其發(fā)生變化的階段，對于大氣中的污染源的傳播和預(yù)報均有著極為重要的意義。

對于大氣環(huán)境中的云的形成還有光化學(xué)反應(yīng)和地球輻射平衡有著重要的影響作用?，F(xiàn)階段利用激光雷達(dá)對于沙塵、霧霾等不同種類的氣溶膠的垂直分布、時間空間中的變化以及濃度、傳播等層面展開了有效的探測。多數(shù)的區(qū)域均已經(jīng)構(gòu)建起了雷達(dá)觀測網(wǎng)絡(luò)，激光雷達(dá)對于氣溶膠還有云層以及邊界層的測量上相對于其他形式的探測技術(shù)有著相對較大的優(yōu)勢。

三、關(guān)于激光雷達(dá)對溫度的探測

對于氣象來講溫度屬于較為重要的一個參數(shù)，大氣環(huán)境中溫度對于天氣等方面有著嚴(yán)重的影響，依據(jù)當(dāng)前的溫度檢測手段可以了解到，有效的使用分辨率較高的激光雷達(dá)，可以精準(zhǔn)的獲取其相關(guān)的信息。拉曼激光雷達(dá)能夠在溫度探測中得到有效的應(yīng)用，該手段可以歸為振動還有轉(zhuǎn)動兩類，能夠有效的利用氮氣以及氧氣分子，根據(jù)轉(zhuǎn)動譜線強度還有溫度關(guān)系測量為根基，能夠利用雙波長轉(zhuǎn)動拉曼散射理論滿足對溫度的探測。

四、激光雷達(dá)對于能見度的監(jiān)測

能見度的良好與否能夠直觀的顯示出大氣環(huán)境的質(zhì)量的好壞，并且與人們的社會活動有著一定的關(guān)聯(lián)，特別是對于人們的出行有著一定的限制作用。一旦能見度低，將會對人們的活動帶來許多的不便。所以對于能見度的監(jiān)測能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境質(zhì)量的探究有著重要的意義。通過使用激光雷達(dá)進(jìn)行對能見度予以監(jiān)測，按照大氣能見度的實際要求可以了解到，為了更為準(zhǔn)確的了解大氣對傳輸?shù)臓顟B(tài)，應(yīng)當(dāng)把其作為有效手段，根據(jù)能見度還有傾斜度展開有效的評價。

五、關(guān)于大氣動力學(xué)相關(guān)參數(shù)的探測

采用激光雷達(dá)探測出有關(guān)大氣動力學(xué)上的參數(shù)通常有：大氣環(huán)境中的溫度、重力波還有風(fēng)等方面。對于距離地面80千米至120千米的中間頂層部，以及電離層底部等均擁有大量的有關(guān)金屬蒸汽層。把該層中的金屬原子視為示蹤物展開大氣動力學(xué)層面的探索，就現(xiàn)階段來講屬于較為有效的辦法。通過利用共振熒光相關(guān)的激光雷達(dá)探測進(jìn)行對大氣溫度、重力波還有風(fēng)的探測。在展開對大氣溫度的探測還可以利用瑞利散射等手段，采用該種手段的激光雷達(dá)稱為瑞利散射激光雷達(dá)。雷達(dá)通過采用對大氣分子的瑞利散射展開有效的探測，設(shè)定大氣保持靜力學(xué)平衡，根據(jù)理想氣體狀態(tài)相關(guān)方程，以此演算出大氣的實際溫度，一般情況下探測區(qū)域在30千米至80千米高度區(qū)域的有關(guān)中層大氣，根據(jù)一些氣體分子的純轉(zhuǎn)動關(guān)聯(lián)的拉曼散射強度是溫度的有關(guān)函數(shù)關(guān)系，利用對此類氣體分子具體轉(zhuǎn)動拉曼散射的實際強度展開測量，并且也可以測量對流層中的溫度。

六、結(jié)束語

現(xiàn)階段我國激光雷達(dá)方面的技術(shù)也在不斷的發(fā)展，并且向著更為精準(zhǔn)的程度發(fā)展，激光雷達(dá)的探測空間區(qū)域以及實踐方面有了深層次的發(fā)展。并且激光雷達(dá)技術(shù)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會發(fā)展的要求應(yīng)用逐漸得到推廣。同時伴隨著世界上各個區(qū)域的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的累積，其一定會對氣象以及大氣環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮更大的作用。

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作者簡介：

胡哲，出生年月：1986年10月23，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：黃岡英山，當(dāng)前職務(wù)：監(jiān)測室主任，當(dāng)前職稱：初級工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：環(huán)境監(jiān)測.