在气象与大气环境监测中激光雷达的应用浅谈获奖科研报告

在气象与大气环境监测中激光雷达的应用浅谈获奖科研报告【摘要】现阶段，随着科技地迅速发展和进步，我国气象和大气环境监测在以往传统监测技术的基础上融入了现代先进的激光雷达技术，不仅使以往传统监测技术的优势得以保留下来，还充分发挥了激光雷达技术的优点，对气象研究和大气环境监测的发展具有十分重要的促进作用。笔者先是从激光雷达的结构和分类着手展开了分析，进而从气溶胶与边界层探测、温度探测、大气能见度以及风的探测等方面的应用作出详细的探讨。

【关键词】激光雷达;大气环境监测;气象研究;类型;应用

一、激光雷达的结构与分类

激光雷达系统其是由激光发射、接收、采集和控制回波信号等共同构成的，激光探测主要是利用激光束和大气有关物质间发生的相互作用而形成回波信号的。而激光雷达主要是发身激光束使其与大气层中的物质发生相互作用，进而将其作用后向散射信号所传递信息作进一步分析和处理，并从中获取相关大气物理要素。由于不同的物质有其自身的特性，进而可以将激光雷达划分为气体、半导体以及固体等类型，其中一氧化碳激光雷达是一种极为常见的气体类激光达，通常处于大气红外小段，在大气环境监测中发挥着十分重要的作用。半导体激光雷达在实际应用过程中成本较低，有效地节约了大气环境监测所需成本投入。另外，而固体激光则主要用于大气环境中的气溶胶、雾及相关有害气体成分等监测。从探测机制来进行划分，激光雷达又可以分为其他不同的类型，其中较为常见的有瑞利—拉曼—米散射激光雷达系统，这一系统主要运用的激光波长为532nm，并经过全反镜垂直向上往大气层射入，其回波信号主要有532nm高层瑞利散射、532nm低层米散射和607nm拉曼散射等信号。现阶段，随着我国科技地不断发展和进步，大气环境和气象研究有关设备实现了不断地更新替换，其主要以以往传统微波雷达技术为基础，再融合现代新技术而设计出现代激光雷达，并成本将其运用到气象和大气环境作中。

二、探析激光雷达在气象与大气环境监测中的应用

（一）在气溶胶、边界层方面的探测

由于气溶胶能够吸收和散射太阳辐射，所以其对全球气候有着极大的影响。所谓边界层主要是指大气边界层，想要实现对边界层的变化进行方便快捷、准确且高效地进行监测，就需要通过激光雷达技术来实现。激光束可以使其与边界层有关物质发生一定的相互作用和影响，关使之形成回波信号，这对空气污染物扩散、传输、污染物预报等有着极为重要的价值和作用。我们知道，在全球气候变化中，气溶胶是其中一项极为重要的要素。随着现阶段全球气象问题的不断突显，世界各国纷纷使用激光雷达技术来对大气中气溶胶的状态进行探测，特别是在黄沙、雾霾和沙尘等方面取得了较好的研究和探索，通过激光雷达技术可以简便地对反向信号进行接收，从而实时有效地对气溶胶、边界层进行监测。在我国，许多地区实施了针对气溶胶、边界层监测的监控机制，构建了双波长篇振雷达观测网。激光雷达与以往传统的微波雷达技术相对比，在氣溶胶和边界层的测量上，无论是在高度还是垂直跨度方面都有着极大的应用优势。

（二）在温度方面的探测

在气象环境中，温度是一个极为重要的参考度量，同时，也是天气播报工作中不可或缺的气象元素。在对大气温度进行监测时，也需要采用激光雷达技术来进行，有研究表明，现今的激光雷达温度探测大多都是通过瑞利散射来完成的，其主要是经过全反镜垂直向上往大气进行射入。但瑞利散射激光雷达不适合应用到低空测量中，这主要是由于在30千米之下的高度存在着许多气溶胶，这些气溶胶会对瑞利散射产生干扰影响。另外，拉曼激光雷达同样也可以应用到温度的探测工作中，这种拉曼激光雷达又有振动性和转动型之分，当然，这两种不同类型的拉曼激光雷达均可以用来探测气象温度。

（三）在大气能见度方面的探测

就目前来看，较为常用的能见度探测系统就是激光雷达系统，其与其他探测技术相对比有着极大的应用优势，激光雷达是一种现代新型的大气探测技术，其主要是利用激光事和大气进行相互作用而形成光辐射信号，进而对大气能见度进行确定，从而得以对大气能见度作出准确的判断。现阶段，激光雷达探测技术在大气通风度监测过程中已经得到了较为广泛的应用，这对于人们的日常生活工作的出行带来了极大的便利。

（四）在风方面的探测

关于风的探测来讲，在传统意义上主要是对风度的大小进行探测，并不能实现对风力值、风向进行精准地判断。风力在气象研究中是一项十分重要的组成内容，随着激光雷达技术的不断发展和进步，风力探测也取得了较大的进步。而风力的大小，对人们的出行安全有着极为重要的影响，特别是在飞机、轮船等交通工具的运行过程中影响不容忽视。所以，对机场气流、轮船射线等相关地方进行风险监测是十分必要的。在以往的风险监测中由于受到技术方面的制约极易受空气湍流的影响而导致风力监测效果，而现代激光雷达技术的应用很好地弥补了以往传统风力监测的缺陷问题，可以精准地对风力、风向进行有效地探测，这在一定程度上保障了人们的出行安全，给人们的出行带来了极大的便捷。因此，为了更好地确保气象研究和大气环境监测工作的顺利开展，国际方面关于大气环境与气象状况的研究力度正在不断加从，且在全球范围内构建了许多地基雷达观测网，以便更好地对全球大气环境和气象的情况进行有效地评估，以实现对台风、地震和洪水等灾害进行及时有效地监控并传达和反馈相关信息，使人们得以及时做好相关应急防护措施，尽可能降低经济损失和人员伤亡。

三、结束语

综上所述，随着现代科技地迅速发展和进