我們成功研制了一套純轉動拉曼（pure rotational Raman）單支譜激光雷達。該激光雷達的分光系統(tǒng)采用了濾光片+FPI的組合形式,可以有效地提取N2分子純轉動拉曼譜的兩根單支譜線（反斯托克斯J=6和16）的回波信號及彈性散射回波信號。本文從原理出發(fā),介紹了多種利用激光雷達測量大氣溫度和氣溶膠光學參數(shù)的方法。其中著重介紹了純轉動拉曼單支譜方法反演大氣溫度和氣溶膠參數(shù)的原理,以及純轉動拉曼單支譜激光雷達系統(tǒng)的設計,標定和調試步驟。該激光雷達系統(tǒng)搭建完成后,我們從分光性能檢測以及反演結果對比兩個方面對系統(tǒng)進行了檢驗和評估,驗證該系統(tǒng)實現(xiàn)了純轉動拉曼單支譜的提取:1.通過譜線掃描的形式,證明分光系統(tǒng)對鄰近的反斯托克斯O2PRRJ=7、9、21、23譜線均有兩個量級的能量抑制;2.純轉動拉曼單支譜激光雷達反演溫度時需要已知兩個參量a和b,其中a是一個只與純轉動拉曼單支譜轉動能級相關的常數(shù),b是與兩個拉曼通道的系統(tǒng)效率比相關的常數(shù),可以通過實驗求出。通過對比,a和b的理論值與通過無線電探空儀數(shù)據(jù)擬合得到的a和b的標定值非常接近,相對偏差僅分別為0.2%和3.5%,如此一致的結果表明該激... 

【文章來源】：武漢大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１美國１９７６年標準大氣溫度剖面??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｕ．Ｓ．?Ｓｔａｎｄａｒｄ?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ?Ｐｒｏｆｉｌｅ?（１９７６）??

武漢大學博士學位論文，Ａ為玻爾茲曼常數(shù)，ｒ代表Ｆｅ原子溫度。將兩條譜線對應（２．１２）并化簡就可以得到：??ＮＦｅ（Ｊ?＝?＝?３７４ｎｍ）?＿?Ａ（３７４）ａ（３７４）ｇ（３７４）?ＡＥ??ＮＦｅ（Ｊ?＝?４，Ａ?＝?３７２ｎｍ）?Ａ（３７２）〇－（３７２）ｇ（３７２）?Ｒ?ｋＴ值?ｃｒ（３７４）?＝?８．７８ｘｌ（Ｔ１３?ｃｍ２，ｃｒ（３７２）?＝?９．４５ｘｌ〇－１３?ｃｗ２?，?ｇ（３７以及兩條譜線的波長帶入式（２．１３）可得：??Ｔ?＝?＾Ｅ！ｋ???－一?＝?乂?＝?３７４＿??ｇｘ?ＮＦｅ（Ｊ?＝?＾Ａ?＝?＾２ｎｍ）??所得到的Ｆｅ原子溫度就可以近似代替該中性大氣層的溫度。??Ｅ??ｆ＾！??

數(shù)和后向散射系數(shù)，下面介紹的是一種構造溫度不敏感參考信號的方法（Ｂｅｈｒｅｎｄｔ??ｅｔ?ａｌ．，２００２）。純轉動拉曼激光雷達是通過提取純轉動拉曼譜中溫度靈敏度相反的??兩支或者多支譜實現(xiàn)溫度反演的，圖２．１（ａ）所示為純轉動拉曼單支譜激光雷達中??所提取的兩支譜線（反斯托克斯Ｎ２?ＰＲＲＪ＝６和Ｊ＝１６）隨著溫度變化的曲線。??已知大氣分子的后向散射比可以表示為：??ｆｉｍ＾）?＝?ｎＲ（ｚ）－ａＣａｂｂａｍｓ?（２．３８）??氣溶膠的后向散射比可以表示為：??ｒ＾?＝?＾Ｍ±Ｍ＾１?＝?ｉ?＋?Ｍｅ１?（２．３９）??Ｍ?ｐｍ｛ｚ）??其中慫是氣溶膠后向散射系數(shù)，久是大氣分子的后向散射系數(shù)。??１９??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]純轉動拉曼譜反演大氣溫度和氣溶膠后向散射系數(shù)的新方法[J]. 鐘山,易帆,張紹東.  地球物理學報. 2012(11)

博士論文
[1]采用雙光柵多色儀的純轉動拉曼測溫激光雷達：光機系統(tǒng)設計、研制和測量結果分析[D]. 賈靜宇.武漢大學 2014



本文編號：3303330