《大气激光探测》教学大纲

1、大气激光探测Laser Monitoring of the Atmosphere一、课程基本情况课程类别：专业方向课课程学分：2学分课程总学时：32学时，其中讲课：32学时课程性质：选修开课学期：第5学期先修课程：大气探测学适用专业：大气科学（大气探测方向）教材：自编教材开课单位：大气物理学院大气探测系二、课程性质、教学目标和任务了解激光在大气传输中与大气的相互作用机理；了解散射、吸收、衰减的基本概念；掌握激光探测大气的理论基础：激光雷达方程；掌握几种常用的激光雷达探测大气的方法；掌握常用的激光雷达的工作原理和方法：米-散射激光雷达、瑞利散射激光雷达、差分吸收激光雷达、拉曼激光雷达、多普勒激光

2、雷达；通过分析观测数据反演大气的物理光学参数以及气象要数。重点内容为激光雷达的原理，常见激光雷达的种类。米散射和瑞利散射是理解其它激光雷达机理的基础。差分吸收激光雷达和拉曼激光的原理和数据分析具有一定的深度，也是难点。激光雷达技术处在发展当中，国际前沿技术的介绍有益于开拓学生知识面。科研成果可以适当转化为教学内容。三、教学内容和要求要求了解激光雷达在大气探测中的作用，国际前沿技术，发展状态。理解激光雷达的机理，掌握激光雷达方程理论。重点讲解米与瑞利激光的概念：主要测量大气气溶胶和大气分子，以此为基础进一步拓展激光雷达的种类：差分吸收激光雷达是常用的测污雷达，偏振激光测量粒子的形状等物理特性，拉

3、曼激光雷达在结构和数据分析上是教学难点。教学内容和要求第1章激光与大气的相互作用原理（10学时）（1）主要介绍吸收，散射，衰减，激光雷达方程，散射和吸收截面，光学厚度概念（2）了解大气吸收光谱，弹性散射与非弹性散射区别。这一部分学时为10学时。重点: 吸收，散射，衰减，激光雷达方程难点: 弹性散射与非弹性散射的区别第2章米-散射激光雷达（3学时）（1）掌握米-散射激光雷达的工作原理，Mie Lidar的结构；（2）理解米-散射的基本规律；米散射和衰减的关系；米散射激光雷达是其他相关激光雷达的基础,米散射数据的反演；（3）了解常用的米-散射激光雷达的波长；重点: 米-散射原理难点:米散射激光雷达

4、数据的反演.第3章瑞利散射激光雷达（3学时）（1）掌握分子散射激光雷达的基本概念和工作原理；瑞利散射的基本规律；分子散射截面和吸收截面的计算；（2）理解均匀大气分子散射回波信号的特征，非均匀大气回波信号的特征及其存在的原因；（3）Mie Lidar与 Rayleigh Lidar的区别和联系重点:瑞利散射的原理.难点:无.第4章差分吸收激光雷达大气成分测量（4学时）（1）掌握差分吸收激光雷达的基本概念；差分吸收激光雷达的测量工作原理；差分吸收激光雷达测量探测物浓度的计算方法；（2）了解大气臭氧的激光雷达测量方法；测污激光雷达的工作原理；重点:差分吸收激光雷达的原理难点:探测对象浓度的计算.第5

5、章拉曼激光雷达大气温度测量（3学时）（1）掌握拉曼激光雷达的工作原理和方法；（2）熟悉拉曼散射的概念和拉曼散射波长的计算方法；（3）理解拉曼散射的发生的原因，拉曼激光雷达测大气温度的原理；（4）了解非弹性散射激光雷达与米散射以及分子散射激光雷达的区别；重点:拉曼激光雷达的原理难点:拉曼激光雷达测温的计算.第6章偏振激光雷达测卷云与气溶胶（3学时）（1）掌握偏振激光雷达的工作原理和方法；（2）熟悉偏振光的物理概念；粒子散射导致激光解偏的机理；（3）理解偏振激光测量卷云的原因；重点:偏振激光雷达的原理难点:无第7章多普勒激光雷达测风（3学时）（1）掌握多普勒激光雷达的工作原理和方法；（2）理解多普勒激光雷达测风速的原因；（3）了解测量光频的光学干涉仪仪器的原理；重点:多普勒测风的原理.难点:光学干涉测量波长或频率的原理和方法第8章激光探测的前沿技术（3学时）（1）了解激光探测的最新技术；（2）学习资料的索引方法。重点:激光探测新技术的发展情况难点:无.五、课程考核（1）作业等：作