激光雷達在氣象和大氣環境監測中的應用探討

摘 要：激光雷達屬于現階段應用較為廣泛的現代化光學遙感工具，其主要是通過將以往的雷達技術還有現階段的激光技術有機的整合在一起造就了激光雷達的技術。本文主要論述了關于激光雷達系統在氣象以及大氣環境監測上的有效應用，著重探究了利用激光雷達對于氣象還有大氣環境中的多種元素的數據的快速監測的技術同時深層次的探究其現階段存在的問題以及將來的發展方向。

關鍵詞：激光雷達;大氣環境;氣象;應用

前言

對于激光雷達來講其發展歷史僅數十年，但伴隨著科技的快速發展激光雷達技術得到了快速的發展與進步，由于激光雷達其體積相對較小，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。特別是對于大氣環境監測還有氣象方面有著極為強大的功效。

一、關于激光雷達的特點和類別

1.1關于激光雷達的特點

對于激光雷達技術其在技術方面要素的要求性對較為嚴謹，其主要關聯到激光光源、激光發射以及接受還有機械系統等方面，一定要有效的利用脈沖技術從而使其可以進入連續工作的狀態。激光雷達利用脈沖或是連續波兩種工作狀態。對于其探測方式來講其整體上可以區分為直接探測還有外部探測，經過發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，順著軌跡能夠發現，激光慢慢的受小粒子的影響被散射。反向散射被激光雷達系統中，然后通過監測器進行接受，獲取信號以后，通過對采集的收集進行處理，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關于激光雷達的類別

受信息技術的快速發展的影響，激光雷達的種類也逐漸的增多。在其對大氣環境監測階段，其中地基固定形式的激光雷達以及車載類型的激光雷達其向著網格化的方向發展，對于車載激光雷達來講其在多數發達國家的使用過程中有著良好的成效，多數空間激光雷達適用范圍得到了擴展。其監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形式為主，激光器的發展方向是利用半導體激光器泵浦的全固化激光器。

二、激光雷達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或者固態狀態微粒在大氣環境之中展現的均勻呈現的狀態時所構成的極為穩定狀態的一種懸浮體系。雖然此類顆粒在大氣環境中的含量較低，然而其所造成的影響相對較大。氣溶膠經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在輻射方面的接受與散射，其屬于凝結核并且是云成型的重要元素，以此對部分區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示的作用同時對天氣的變化起到一定的調節作用，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注度較高。邊界層高度屬于大氣邊界層的主要參數，如何快捷有效地明確邊界層的高度還有精準監測其發生變化的階段，對于大氣中的污染源的傳播和預報均有著極為重要的意義。

對于大氣環境中的云的形成還有光化學反應和地球輻射平衡有著重要的影響作用。現階段利用激光雷達對于沙塵、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。多數的區域均已經構建起了雷達觀測網絡，激光雷達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有著相對較大的優勢。

三、關于激光雷達對溫度的探測

對于氣象來講溫度屬于較為重要的一個參數，大氣環境中溫度對于天氣等方面有著嚴重的影響，依據當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，可以精準的獲取其相關的信息。拉曼激光雷達能夠在溫度探測中得到有效的應用，該手段可以歸為振動還有轉動兩類，能夠有效的利用氮氣以及氧氣分子，根據轉動譜線強度還有溫度關系測量為根基，能夠利用雙波長轉動拉曼散射理論滿足對溫度的探測。

四、激光雷達對于能見度的監測

能見度的良好與否能夠直觀的顯示出大氣環境的質量的好壞，并且與人們的社會活動有著一定的關聯，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測能夠對大氣環境質量的探究有著重要的意義。通過使用激光雷達進行對能見度予以監測，按照大氣能見度的實際要求可以了解到，為了更為準確的了解大氣對傳輸的狀態，應當把其作為有效手段，根據能見度還有傾斜度展開有效的評價。

五、關于大氣動力學相關參數的探測

采用激光雷達探測出有關大氣動力學上的參數通常有：大氣環境中的溫度、重力波還有風等方面。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層面的探索，就現階段來講屬于較為有效的辦法。通過利用共振熒光相關的激光雷達探測進行對大氣溫度、重力波還有風的探測。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稱為瑞利散射激光雷達。雷達通過采用對大氣分子的瑞利散射展開有效的探測，設定大氣保持靜力學平衡，根據理想氣體狀態相關方程，以此演算出大氣的實際溫度，一般情況下探測區域在30千米至80千米高度區域的有關中層大氣，根據一些氣體分子的純轉動關聯的拉曼散射強度是溫度的有關函數關系，利用對此類氣體分子具體轉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、結束語

現階段我國激光雷達方面的技術也在不斷的發展，并且向著更為精準的程度發展，激光雷達的探測空間區域以及實踐方面有了深層次的發展。并且激光雷達技術隨著技術的不斷發展以及社會發展的要求應用逐漸得到推廣。同時伴隨著世界上各個區域的激光雷達數據的累積，其一定會對氣象以及大氣環境監測中發揮更大的作用。

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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，當前職務：監測室主任，當前職稱：初級工程師，學歷：本科，研究方向：環境監測.