臨近空間的密度、溫度、風場數(shù)據(jù)是大氣動力學、熱力學研究,大氣建模和空間天氣預報的重要基礎(chǔ)之一。中科大研制的瑞利多普勒激光雷達系統(tǒng),能夠提供15-60km范圍的連續(xù)高精度、高時間和空間分辨率的溫度、密度和風場數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用雙邊緣技術(shù),利用三通道FPI進行頻率鎖定和信號鑒頻。在2013年到2016年期間,共獲取了多于100天的有效數(shù)據(jù)。并且與氣球探空儀數(shù)據(jù)和MERRA、ECMWF等模式數(shù)據(jù)進行驗證對比的結(jié)果良好。在風速反演過程中,由于不同高度的瑞利信號展寬與該處的大氣溫度直接相關(guān),本文詳細闡述了利用實測大氣溫度廓線對大氣的回波信號的瑞利展寬進行計算并代入到響應函數(shù)中進行風速反演進行校正的過程。與此同時也介紹了基于FPI鑒頻系統(tǒng)所實施的新型HSRL高光譜測溫方法,該方法利用FPI的腔長調(diào)制,對大氣回波信號進行頻譜掃描,從而能夠解決傳統(tǒng)積分測溫技術(shù)受到30km以下粒子散射影響而無法獲取準確溫度反演的問題。重力波是大氣動能傳播的重要途徑之一。傳統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)所提取的重力波,不能夠全面直接地獲取重力波的重要特性和特征參數(shù)。風場和溫度的聯(lián)合觀測,能夠給出波動模式的偏振關(guān)系。通過溫度和風場分量之間的偏振... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?６０ｋｍ瑞利多普勒激光雷達光束指向示意圖??

秦．??圖１．１?６０ｋｍ瑞利多普勒激光雷達光束指向示意圖??信號鑒頻器利用三通道的ＦＰ［?（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ）實現(xiàn)對回波信號??的多普勒頻移測量。其中有一個鎖定通道和兩個信號通道。鎖定通道的作用是將??ＦＰＩ的中心頻率鎖定在出射激光的頻率位置，兩個信號通道的透過率曲線相互交??叉在邊緣的半高位置。出射激光頻率就被鎖定在兩個邊緣的交點。ＦＰ１的調(diào)諧和??穩(wěn)定是通過壓電系統(tǒng)實現(xiàn)的。當回波信號相對于出射激光頻率存在多普勒頻移的??時候，一個信號通道的透過信號減弱，另一個信號通道的透過信號增加，利用兩??通道信號差異反演出多普勒頻移大小。這一反演過程需要首先定義雙通道的響應??函數(shù)：??Ｎ?ＣＮ．（ｚ）－ＮＪｚ）??Ｒ（ｚ）?＝?—￣￣２—?（１．２）??ＣＮｘ｛ｚ）?＋?Ｎ２｛ｚ）??每一個徑向，根據(jù)兩個通道的原始信號，計算得出不同高度的響應。＇（ｚ）和??Ｎ２（ｚ）分別為兩個信號通道的光子數(shù)。在ＦＰ丨的校準過程中，根據(jù)兩個信號通道??的透過率曲線，已經(jīng)提前獲取響應函數(shù)值和多普勒頻移的關(guān)聯(lián)。因而可以由觀測??得到的響應值，反演出多普勒頻移，進而反演出經(jīng)向風速。??２??

Ｓｐｅｃｔｒａｌ?Ｗｉｄｔｈ?Ｊｖ；：／Ｊｗ?Ｓｐｅｃｔｒａｌ?Ｓｐａｃｉｎｇ?２??圖１．２左：標準具設(shè)計過程中的誤差分布；右：氣??溶膠和分子信號的風速靈敏度。??圖（１．３）給出了系統(tǒng)的示意圖，系統(tǒng)采用Ｑ－ｓｗｉｔｃｈｅｄ，燈泵三倍頻的Ｎｄ：??３??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Correction of temperature influence on the wind retrieval from a mobile Rayleigh Doppler lidar[J]. 趙若燦,夏海云,竇賢康,孫東松,韓於利,上官明佳,郭潔,舒志峰.  Chinese Physics B. 2015(02)



本文編號：2971653