一、瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度（论文文献综述）
徐鑫鑫[1]（2021）在《激光雷达几何重叠因子自校正技术研究》文中研究指明激光雷达是一种主动式光学遥感技术,近年来在大气遥感、气候和环境监测领域取得了广泛的应用。米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、瑞利散射激光雷达、共振荧光激光雷达以及多普勒激光雷达是大气探测激光雷达的主要形式,在大气温度、湿度、汽溶胶、云、沙尘、霾等气候和环境监测领域中发挥着越来越重要的作用。几何重叠因子是大气探测激光雷达的重要参数指标,严重影响着激光雷达系统的探测性能,其能够表征激光发射子系统和望远镜接收子系统之间的视场匹配情况。当发射、接收子系统之间的光轴处于平行状态时,激光雷达可以获得高性能和高精度的探测结果;当发射、接收子系统之间的光轴处于不平行状态时,激光雷达的探测精度和探测能力受到限制。因此,开展激光雷达几何重叠因子校正技术研究是提升激光雷达探测性能的重要环节。本论文基于非同轴激光雷达系统开展激光雷达几何重叠因子的自校正技术研究,以实现激光雷达系统性能的自校正和自动提升性能。论文首先对非同轴激光雷达几何重叠因子的影响因素进行了分析,分析了激光雷达光束发散角、望远镜接收视场角、发射系统和接收系统的光轴分离距离、发射系统和接收系统的光轴倾角四个系统参数对几何重叠因子的影响情况,尤其是发射系统和接收系统光轴分别处于平行和不平行状态时系统几何重叠因子的分布情况。仿真了几何重叠因子变化对激光雷达系统探测性能的影响。论文在仿真分析的基础上,搭建激光雷达几何重叠因子的自校正硬件系统,并采用回波信号强度法实现对激光雷达系统性能的自动判定,并利用粗扫描和细扫描相结合的方法对发射系统的光轴倾角进行调整。激光雷达几何重叠因子自校正硬件系统除包含激光雷达发射与接收子系统、光电监测与数据采集子系统外,还包括一个二维倾角调节平台以及一个激光强度校正子系统。其中激光强度校正子系统主要消除激光器脉冲抖动所造成的光轴校正判据的误差来源,而二维倾角调节平台采用蜗轮蜗杆进行传动和力矩转换,并由两台二相步进电机在电机驱动控制器SR2的信号驱动控制下进行最小倾角0.0025mrad/step的角度调节。二维倾角调节平台可使得激光发射光轴以粗扫描和细扫描两种时序进行光轴方向调整,其中粗扫描采用环形扫描时序,调节步距角为0.4mrad,细扫描采用S形扫描和折半法扫描两种时序以提高调整速度,调节步距角为0.02 mrad。激光雷达几何重叠因子自校正软件系统分别采用Lab VIEW平台和Quartus Ⅱ平台进行设计,其中Lab VIEW平台主要设计大气回波信号处理软件和光轴倾角调节平台控制软件,以同时实现激光雷达数据的实时采集、显示和存储以及二维倾角调节平台的手动/自动控制;Quartus Ⅱ平台实现激光发射光轴的粗扫描和细扫描的逻辑控制设计。基于大气回波信号强度法,软件分别设计了大气回波信号积分、极限探测距离、信噪比等三种最佳位置判据方法,以实现对激光雷达几何重叠因子的自校正功能。在完成激光雷达几何重叠因子自校正软硬件系统的搭建之后,开展了激光雷达几何重叠因子自校正系统的实验验证。实验结果表明,二维倾角平台的粗扫描可在16min1s内完成,并将最佳校正范围锁定在0.4 mrad×0.4 mrad倾角范围内;细扫描可在7min21s内完成,并实现0.0025 mrad倾角精度的调节。二维倾角平台的蜗轮蜗杆可实现系统自锁,长时间保持激光雷达发射光轴的稳定性,为精确反演大气状态信息提供可靠的系统保障。
张婉琳[2]（2021）在《基于瑞利散射的高光谱激光雷达绝对探测大气温度方法与系统研究》文中研究说明大气温度是研究大气科学的关键参数,它对于研究大气状态、气象变化具有重要意义,可为预测全球变暖、城市热岛效应提供重要参考。作为一种主动遥感手段,高光谱分辨率激光雷达具有高时空分辨率并且易实现白天探测的特点,通过利用超窄带滤波器提取信号实现大气物理量的精细探测,己逐渐成为大气温度探测的重要方法之一。针对高光谱分辨率激光雷达在反演大气温度的变化量时需要校正程序并且未考虑布里渊散射影响的不足,本文提出了基于瑞利-布里渊散射包络谱的高光谱分辨率激光雷达绝对探测大气温度的方法,分光系统采用扫描式固体腔法布里-珀罗干涉仪作为核心器件,腔体介质采用双环电极的磷酸二氘钾电光晶体,基于晶体的电光效应,通过控制晶体外加电场大小引起光学腔长发生变化,实现腔体谐振频率的改变。确定了扫描电压步长和四个离散点频率位置,通过探测透射过法布里-珀罗干涉仪的光信号强度,利用瑞利-布里渊散射模型对包络谱解耦后获得独立的瑞利散射光谱,再根据瑞利散射光谱宽度与大气温度的依存关系反演得到大气温度的绝对值。通过系统仿真和理论分析对比得出,确定了利用固体腔法布里-珀罗干涉仪连续变腔方式实现瑞利-布里渊散射光谱扫描。其次,确定了瑞利-布里渊谱线的扫描频率间隔和电光晶体设定参数并结合各项参数仿真分析了系统探测性能。搭建了高光谱分辨率激光雷达分光系统,对系统滤波性能进行了调节和优化。在脉冲能量80mJ和望远镜直径250mm的探测条件下,利用瑞利-布里渊解耦模型实现了白天探测高度1.5km,夜晚探测高度2km的全天时大气温度廓线探测,激光雷达探测结果与无线电探空仪数据具有良好的契合度,验证了基于扫描式固体腔法布里-珀罗干涉仪的高光谱分辨率激光雷达系统结合瑞利-布里渊解耦模型可有效实现大气温度探测。该方法不仅适用于大气温度探测,同时还可以探测气溶胶的物理特性和大气风速,为研究各种天气变化、物理效应的观测提供参考。
张秋实[3]（2021）在《机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究》文中研究指明作为一种新型大气风场探测技术——紫外激光雷达技术近年来受到广泛关注。与传统红外测风激光雷达技术相比,紫外激光雷达基于空气分子的瑞利散射,在气溶胶稀少环境下可实现近距离风场测量。其具有保密性高,全方位性好、抗干扰能力强等特点,是一种在要求无线电静默条件下进行探测的有效方法。目前的机载紫外测风激光雷达的参数设置主要来自实验环境的具体测试,缺少系统性的理论研究。而现有的紫外激光大气传输模型计算量大,计算精度低,针对具体的应用环境,很难迅速获得仿真回波信号数据。同时,现有的紫外光大气仿真模型缺少对紫外光源的仿真,使得许多研究项目开展时需将大量时间消耗在光源的选择与测试之中,增加的光源的选购成本。另外,现有的紫外激光大气传输模型缺少对恶劣天气的考虑,如大气湍流。大气湍流会干扰紫外激光信号的回波稳定性,影响雷达探测的准确性。针对机载紫外激光雷达大气传输模型建立的迫切需求,对紫外激光大气传输问题进行了系统性研究。提出了基于蒙特卡罗指向概率法的机载紫外激光雷达短距离传输模型。研究了紫外激光雷达系统中各类系统几何参数对回波信号的影响。获得了不同光强分布紫外光源下,回波信号强度与系统几何参数的变化关系。完成了前视测风激光雷达收发链路在湍流环境下的回波信号仿真问题。论文的主要研究内容与贡献如下:1.深入研究紫外激光大气测量技术,对紫外激光雷达信号大气传播的基本原理进行了研究。归纳总结了紫外激光雷达信号大气传输理论及其存在的不足。介绍了紫外激光大气散射理论的研究现状。离散坐标法将辐射传输方程转化为一阶线性微分方程组,针对复杂边界条件进行计算,求解十分困难。有限体积法通过数值积分对辐射传输方程中的散射项进行近似处理,计算量大,模型十分复杂,用时长,对计算机的硬件要求较高,耗内存。传统蒙特卡罗法统计的是接收器实际捕获的光子数,很难快速获得收敛解。本文提出了一种基于蒙特卡罗指向概率法的机载紫外激光雷达大气传输模型。2.针对现有紫外光大气传输模型计算量大,很难快速获得收敛解的问题,利用蒙特卡罗指向概率法,建立了机载紫外激光雷达大气传输模型。针对机载紫外激光雷达大气传输问题,分析了不同收发几何参数（收发间距、收发端不共面偏轴角、收发仰角、光源发散角以及接收端视场角）对紫外激光回波信号的影响。比较了单次散射与多次散射情况下的回波信号差异。紫外光大气回波信号会由于散射发生脉冲展宽,同时回波信号时间延迟增加。在单次或多次散射模型下,收发轴的不共面角、收发仰角、光源发散角和接收器视场角会影响接收光信号的辐照功率密度、脉冲的时间延迟以及脉冲宽度等。由于飞机飞行的抖动,当收发轴不共面角增加时,紫外回波信号功率密度峰值降低、脉冲宽度变窄。具体为收发短距离传输条件下,收发轴不共面角对回波影响明显,而在长距离下影响较弱。多次散射在收发间距短、不共面角大时不能被忽略。最后将仿真结果与经典蒙特卡罗模型进行了比较,结果表明,两模型测量结果吻合,进而说明了建立模型的正确性。在程序运算时间方面,前者可以更加快速地获得收敛解,具有更高的运算效率。3.针对现有紫外光大气传输模型缺少对信号光源光强分布的考虑的不足。采用随机光子的模拟方法,对紫外光源进行了数值建模,结合蒙特卡罗指向概率法,创新性地通过仿真建模研究了光源特性对紫外回波信号的影响。推导了在相同收发端几何参数、不同光源（不同光源种类、不同激光工作模式）的条件下,回波信号的能量利用率随收发间距的变化关系。计算表明,在相同不共面角相同时,具有高斯分布的激光的接收光辐照度比均匀分布光源高一个数量级。当激光光源发散半角越小时,收发系统允许有更大的最大不共面角。从三种光源的单次与多次散射的计算结果可看到,在收发间距小时,多次散射对系统最大不共面角?影响明显。多次散射在光源发散角小的情况下,对系统回波能量贡献小。当光源发散角大时,回波信号中多次散射贡献明显。4.针对现有机载紫外激光雷达大气传输模型缺少对恶劣天气的考虑的不足,本论文研究了机载紫外测风激光雷达收发链路在湍流环境下的传输问题。基于现有共轴紫外传输湍流大气模型,建立了非共轴湍流紫外激光传输模型。计算了湍流环境下非共轴紫外激光回波信号闪烁效应功率概率密度分布函数。探究了湍流环境下收发仰角对紫外光链路的影响,仰角越小,湍流闪烁效应越弱。
马聚[4]（2020）在《基于激光雷达观测的中间层和低热层大气耦合过程研究》文中研究表明中高层（20 km以上）大气区域空气非常稀薄,其中的物理、化学和动力学过程非常复杂,是日地空间物理研究中的重点区域。其中中间层顶和低热层（MLT）区域存在外星物质沉积产生的金属原子或离子层,高度范围80-105 km。在众多金属原子中,钠原子具有相对较高的粒子浓度和寿命,其后向散射截面也较大,因此成为了很好的中高层大气活动示踪物。发展高时空分辨率、高信噪比和高稳定性的中高层大气观测手段可以加深对该区域复杂的动力学和化学机制的理解。钠层中存在一些特殊现象,例如突发钠层和低热层增强钠层,统称增强钠层。它们都是指钠密度在短时间和窄高度范围内迅速增强的现象,但出现高度有所不同。自从Clemesha et al.（1978）第一次观测到突发钠层以来,其形成机制就一直受到科学家们的重点关注。主要的形成机制包括:流星直接注入、离子中和、温度上升以及电子沉降等,而低热层增强钠层的形成机制则可能更为复杂。大气波动,特别是重力波,是MLT区域大气与低层大气间能量、动量和成分的交换和重新分配的重要媒介。MLT区域也是重力波的饱和、衰减和耗散等重要动力学过程最为复杂的区域。本论文介绍了可以连续观测平流层到中间层顶的激光雷达系统,并利用位于北半球和南半球的激光雷达系统（中国和智利）对大尺度水平增强钠层的形成机制以及重力波与突发钠层的耦合过程进行了研究。激光雷达可以通过探测瑞利散射信号得到平流层和中间层的大气温度和密度,而钠层的钠原子密度则需要对钠共振荧光散射信号进行反演。一般而言,同时观测大气数据和钠层数据需要多套激光雷达系统共同工作以完成观测。在本文中介绍的瑞利-钠激光雷达系统,采用波分-时分复用的方法,使用单个光电倍增管完成了瑞利-钠双通道采集,实现对30 km-105 km大气的观测。该系统于2016年9月在中国合肥（31.5°N,117°E）完成升级改造,获得了大量观测数据。激光雷达系统的钠密度、大气温度、大气密度观测结果显示出该系统出色的时空分辨率和信噪比。对大气参数的季节变化分析以及对流星尾迹、平流层气溶胶的筛选和反演证明该系统的观测可以促进对大气动力学和化学过程更深入的理解。现有的激光雷达对增强钠层的报道一般都是对单个站点的研究,而大尺度水平范围的增强钠层特性及其与背景条件的联系依然有待研究,因此需要结合多个站点、多种仪器的观测数据进行更深入的研究。本文利用子午链上多个激光雷达系统,系统研究了合肥和武汉（30.5°N,114.4°E）2011-2018年共同观测的19个大尺度水平增强钠层事件,并讨论了其主要的形成机制。主要结论如下:（1）夏季增强钠层发生率明显高于其它季节;（2）持续时间较长的增强钠层在两地间的相似度较高,而持续时间短的增强钠层则显示出较强的局地特性;（3）大多数（70%）两地同时观测的大尺度增强钠层都与电离层突发E层有关,表明了中纬度地区在风剪切作用下“突发E层-增强钠层”因果链关系;（4）少数（30%）两地同时观测的大尺度增强钠层与大气波动（潮汐或者重力波）的动力学机制有关,揭示了水平大尺度波动对水平增强钠层的可能影响;（5）同时,观测也发现存在明显延迟增强钠层事件,暗示着长距离水平输运机制存在的可能性。智利安第斯激光雷达观测站（AL0,30.3°S,70.7°W）高光谱分辨钠激光雷达在2019年5月2日观测到了与波导重力波相关的突发钠层事件,在风场和温度场中同时显示出明显的中高频重力波。此外,本文提供了一种使用激光雷达观测数据计算重力波各项参数的新方法,使用相对温度与各方向风场的振幅比率和无耗散的极化关系来计算重力波的固有频率、水平波数和垂直波数等重要参数。利用这些参数可以计算出突发钠层事件过程中重力波传播形成的临界层和反转层,用于解释实际观测到的重力波耗散和波导现象。该案例研究可以与数值模拟结合,与各项观测数据进行对比分析,更好地理解钠层中重力波相关的动力学过程,同时也可以为大量激光雷达观测数据中的重力波提取以及数据统计提供一种新的方法。
李梓霂[5]（2020）在《基于全天时激光雷达观测的南极重力波QBO调制现象的发现和研究》文中提出从对流层到热层,从赤道到极地地区,从南半球到北半球,大气重力波在横向尺度和纵向尺度上传播着能量和动量,对于各个地方的不同大气分层之间的复杂耦合起到了重要作用。虽然重力波是大气环流和大气化学模型中最复杂的一部分,但是受限于其小尺度和广频谱的特性,我们对于重力波的了解十分有限。激光雷达是大气科学研究中非常重要的一项技术,特别是在重力波的研究中。相较于其他的观测手段激光雷达可以实现对很多大气参数高时空分辨率的观测,而这些高分辨率的大气参数可以用来反演重力波的活动。对于激光雷达系统来说,白天观测一直是限制其观测能力的主要问题之一。本文中利用FPI标准具和干涉滤光片组合形成的超窄带滤光片可以很好的抑制白天的背景噪声,提高激光雷达的白天观测能力。在本文中我们还结合了激光雷达数据和大气模型数据,通过研究南极极地平流层重力波势能密度的年际间变化、极地涡旋的边界和极夜激流的位置来建立一个在赤道地区准两年震荡和极地地区重力波活动的可能联系。通过激光雷达的观测温度数据,从重力波引起的温度扰动中计算得到平流层重力波势能密度;利用MERRA-2模式提供的大范围数据来甄别出赤道地区的准两年震荡信号、极地涡旋的边界和极夜激流的位置。通过研究我们发现赤道地区准两年震荡信号在不同的风相期年份会对应极地涡旋在深冬时节出现扩张或者收缩,而扩张或收缩的极地涡旋会推动极夜激流朝向赤道方向或极地方向移动。极夜激流可以看作是一种容器,其中的背景风场变化较小,进而导致临界高度滤波效果减弱。当极夜激流向赤道方向移动时,极地地区处于极地涡旋的内部深处,较弱临界高度滤波使得更多的重力波可以传播到平流层和更高的地方;当极夜激流向极地方向移动时,极地地区靠近极地涡旋边界,背景风场变化增大引起较强的临界高度滤波,更多的重力波会被临界高度滤波所吸收。这种变化导致了在极地地区冬季的重力波信号中出现了符合赤道地区准两年震荡变化的信号。
田晓敏[6]（2020）在《北京南郊气溶胶垂直分布特征与典型过程激光雷达探测分析》文中研究说明气溶胶可以通过直接与间接效应影响地球与大气之间的辐射平衡,而且大气气溶胶主导了灰霾、沙尘等大气污染。激光雷达具有远距离探测、高时空分辨率和昼夜工作的能力,获得的气溶胶数据能够弥补立体观测数据的缺乏,提高关于气溶胶对气候影响的科学认识水平,其实时观测能力使其在污染监测领域得到了广泛的应用。因“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项“超大城市垂直综合气象观测技术研究及试验”项目的需求,自主研制了 AWRL-Ⅱ型激光雷达,在北京南郊开展了一系列观测和研究工作。本文首先介绍了气溶胶研究的意义,概述了气溶胶的来源、种类、分布与其在大气中的作用等基本性质。阐述了激光与气溶胶的作用机制,介绍了大气探测激光雷达的技术分类与反演方法等。其次开展了激光雷达定标与数据验证研究。采用新颖的CCD侧向散射迭代法对激光雷达几何重叠因子进行了校正;对系统两个偏振探测通道的增益比进行了标定。通过四象限法与分子瑞利信号测试,保证了 AWRL-Ⅱ型激光雷达系统和数据的可靠性。通过与太阳光度计探测结果和EARLINET标准结果的比较,验证了激光雷达本身与反演算法的准确性,其中与太阳光度计结果的拟合优度高达0.93。针对激光雷达信号未穿透厚云或者厚气溶胶层时,紧邻其上的位置会出现退偏比值“虚大”这一现象,提出了一种距离校正信号的动态阈值法,有效的解决了这一难题。这种方法对于远距离处噪声引起的异常退偏比值的去除效果也很明显。然后对北京南郊地区的气溶胶污染典型过程进行了研究,结合气象观测数据、地面颗粒物探测数据、星载探测数据以及大气模型,对气溶胶的空间分布、生消过程以及污染来源与传输路径进行了分析,并研究了污染对空气质量的影响以及污染物的种类及光学性质的不同。结果显示在灰霾期间,边界层最低降到0.6km,污染物以PM2.5为主,主要成分为退偏比小于0.1的球形城市气溶胶,污染物主要来源于北京西南方向的工业城市。在沙尘污染中,首要污染物为PM10,主要成分是退偏比为0.2～0.3的非球形沙尘粒子。即使沙尘首要污染物浓度远超灰霾首要污染物浓度,沙尘对能见度造成的下降影响不及灰霾。在中雪后污染持续事件中,降雪开始后气溶胶浓度不降反升,可能是高湿的环境加速了二次污染物的生成。最后对2017～2019年的激光雷达数据进行反演,建立了 532nm波长气溶胶消光系数数据库,可为气候辐射模型与数值预报模型提供数据支持。将污染天气的气溶胶消光系数垂直廓线进行月与季节统计,发现气溶胶基本分布在2km以下,且重污染天近地面消光系数普遍大于1km-1,但是在垂直结构上并没有明显的季节或者月分布特征。
胡云杰[7]（2020）在《北纬30度中层顶区域钠和铁原子层的结构和年际变化》文中认为本文基于武汉大学Na、Fe共振荧光激光雷达在2004年1月至2012年12月同时期内的观测数据,得到了在此期间武汉上空中层顶区域金属Na层和Fe层的平均特性、夜间变化和季节变化的变化特征。在评估了金属层夜间变化和季节变化对数据样本的影响后,我们提取了武汉上空金属Na层、Fe层在此期间的年际变化（或长期变化）,然后理论分析了影响金属层年际变化的因素,进一步的弄清金属层变化规律背后蕴藏的物理、化学机制。同时,我们对同时期内金属Na层的年际变化和金属Fe层的年际变化进行比较并讨论。本文主要研究内容如下:1.获得了武汉上空金属Na、Fe层的平均特性。基于武汉大学在2004-2012年间的181晚Na激光雷达数据与199晚Fe激光雷达数据,得到在此期间武汉上空（30。N）中层顶区域金属Na层和Fe层的平均特性:金属Na层的平均质心高度为91.36km,平均RMS宽度（均方根宽度）为4.64km;金属Fe层的平均质心高度为88.99km,平均RMS宽度为4.57km。2.得到武汉上空金属Na、Fe层的平均夜间变化和季节变化特征。金属层是在源汇机制下实现收支平衡的,同时也是处于动态变化中的,通过数据处理,我们分别得到金属Na、Fe层的平均夜间变化及季节变化。Na层的夜间变化比较平稳,Na原子数密度的峰值在后半夜有所增加,RMS宽度整体在前半夜减小,后半夜增大。Na层质心高度整夜涨幅0.36km,RMS宽度整夜涨幅0.57km,呈现关于00:00LT对称的特征,Na层的季节变化则呈半年周期振荡,Na层质心高度最大值与最小值相差1.21km,RMS宽度最大值与最小值相差1.03km;Fe层的夜间变化、季节变化具有和Na层类似的规律。3.提取金属Na、Fe层在同时期的年际变化。因为金属层夜间变化幅度较小,季节差异较大,且数据样本的采集时间在夜间呈对称、较均匀分布,在季节上呈不均匀分布,秋冬季较多,因此在提取金属层的年际变化时,可以忽略数据样本夜间变化的影响,但不能忽略季节变化的影响,因在秋冬季观测较频繁,通过对秋冬季的数据进行线性拟合发现Na层和Fe层在这期间都相对稳定,Na层质心高度在8年时间仅有?58 m的下降,年变化率为-7.91m/year,Na层RMS宽度减小?151m,年变化率为-20.60m/year。Fe层的质心高度在8年时间里下降了?230m,年变化率为-31.36m/year,Fe层RMS宽度则有所增大,年变化率为21.01m/year。4.分析讨论影响金属层年际变化的各种因素,中层顶区域背景大气温度、大气成分的长期变化是主导金属层年际变化的重要因素。借鉴Clemesha的研究,以及我们数据处理得到Na层质心高度年际变化的结果,估算武汉金属层背景大气温度变化速率约为-0.85K/decade,即每十年约下降0.85k。然后我们比较了金属Na层和金属Fe层在同时期内年际变化的异同,两金属层在此期间整体平稳,无明显变化,两者的质心高度在此期间均有小幅度的下降,Fe的年变化率月为Na的4倍,两者的RMS宽度年变化率绝对值相近,但Na层变窄,Fe层变宽。
田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭[8]（2018）在《大气探测激光雷达技术综述》文中指出大气探测激光雷达具有可提供高时空分辨率、高探测精度和连续廓线数据的优势,已经成为大气探测强有力的工具.激光雷达按照探测技术可以分为米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼激光雷达、差分吸收激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、瑞利散射激光雷达、共振荧光激光雷达和多普勒激光雷达等.分别介绍了各类激光雷达探测的基本原理、发展历史及优缺点,及其在探测大气气溶胶和云、水汽、温度、风、痕量气体、温室气体和污染气体等方面的应用.最后进行总结,并对激光雷达技术发展趋势进行了展望.
邓潘[9]（2018）在《地基激光雷达对临近空间大气的探测研究》文中研究说明临近空间是20km～100km高度的空间区域,其独特的资源优势已成为各国关注的热点和焦点,开展临近空间大气环境的特殊性研究,对临近空间飞行器技术发展具有十分重要的意义。基于瑞利散射原理的瑞利激光雷达可对临近空间高度大气开展高时空分辨率的连续精确观测,是探测和研究临近空间大气参数结构及变化趋势的有效手段。中科院安光所环境光学监测技术重点实验室构建了瑞利散射激光雷达系统,对我国西北某地临近空间高度大气进行了长期持续观测。本文分析研究了瑞利激光雷达数据反演方法,对瑞利激光雷达系统性能进行了验证评估,并采用该套瑞利激光雷达系统对观测地临近空间高度（20km～40km）大气进行了观测和研究,获得以下结果。构建了 532nm单接收口径瑞利激光雷达系统,得到了观测地临近空间高度（20km～40km）的大气密度、压力和温度廓线。将瑞利激光雷达数据与观测地球载探空数据、风云三号（FY-3C）卫星数据、NRLMSISE-00大气模式和美国标准大气模式数据进行对比,验证了激光雷达探测性能及算法的可靠性。对反演算法中可能引入的误差,从臭氧和气溶胶的影响、统计误差和参考点的选取三方面进行了分析。重点对反演过程中参考点对反演精度的影响进行了分析研究。研究发现不同参考模型数据对瑞利激光雷达数据反演结果具有较大影响;同一参考模型不同参考高度对大气密度和压力反演结果影响不大,在不同参考高度下反演所得的大气温度差异较大。为提高激光雷达系统数据稳定性和回波信噪比,改善大气参数反演精度,对532nm单接收口径瑞利激光雷达系统进行了优化改进。对参考点的数值计算方法进行了优化,降低大气分子密度初值的不确定性带来的影响。改进后的系统首次采用了紫外波段355nmNd:YAG激光器和4只400mm 口径卡塞格林式望远镜阵列接收天线。通过与改进前532nm单接收口径瑞利激光雷达系统探测结果对比,结果显示改进后的355nm激光雷达系统信噪比是532nm激光雷达系统的6倍,355nm激光雷达系统的大气密度及压力测量稳定性高于532nm激光雷达系统。355nmm激光雷达系统探测大气温度与当日气球探空数据偏差均值约为-2.14K,532nm激光雷达系统探测大气温度与当日气球探空数据偏差均值约为-6.9 8 K。改进后的355nm激光雷达系统大气探测性能明显优于532nm激光雷达系统。利用瑞利激光雷达系统对观测地临近空间高度（20kmm～40km）大气密度、压力和温度实施近一年的连续观测,获得有效探测次数7247次,覆盖天数约合280天。通过与观测地区球载探空数据和大气模式数据的对比,对观测地临近空间高度大气密度、温度和压力的季节分布和年变化特征进行了分析研究。观测地临近空间高度（20km～40km）大气温度在5月～8月高于其他月份。30km～40km高度5月～8月和1月大气温度波动较大;20km～25kmm高度,3月～4月大气温度波动较大。观测地大气密度12月～次年2月大气密度值低于其他月份。36km～37km高度处5月～9月大气密度扰动相位有向上传播趋势,26km处9月～12月大气密度扰动相位有向下传播趋势。大气压力10月～次年2月较其他月份偏低。35km以上大气压力波动不大。20km～35km高度夏秋两季大气压力值高于大气压力年均值,冬春两季大气压力数值低于年均值。并基于瑞利激光雷达探测数据初步构建了观测地临近空间大气模型。通过对观测地临近空间大气分布特征的长期系统观测,为形成观测地临近空间大气参数数据库,开展临近空间天气预报工作及建立我国中高层大气模式提供了实测数据支持。
尚震[10]（2017）在《纯转动拉曼激光雷达探测对流层中底部大气温度》文中提出大气温度是表征大气能量平衡的重要参数之一,高精度探测大气温度的时空变化规律具有重要的应用价值和科研价值。激光雷达虽然是新兴技术,但由于其具有高时空分辨的优势,激光雷达已经成为探测大气温度以及其他大气参数的一种不可缺少的工具。在863项目"多源光谱层析及三维数值大气关键技术"的支持下,我们研制了一台多功能多通道激光雷达系统,能够同时、连续、高精度观测近地面至对流层范围的大气温度、水汽和气溶胶,并且在合肥和北京两地分别进行了观测实验,两地观测实验都取得了与无线电探空气球较一致的结果,主要研究内容如下:（1）首先论述了激光雷达大气遥感的理论背景和系统构造,以及各类激光雷达探测技术。对大气温度的分布特征和常见的探测方法进行了概述,列举了国内外典型的大气温度探测激光雷达,简述了最新测温激光雷达的发展动态。（2）本文主要完成了一套能够同时探测大气温度、水汽和气溶胶的多功能多通道的集成式纯转动拉曼激光雷达。激光发射单元采用美国Continuum公司的Nd:YAG固体激光器,激光器输出基频波长为1064nm,经由二倍频和三倍频分别输出532nm和355nm的激光,355nm单脉冲激光输出能量约为300mJ,脉冲频率20Hz。卡塞格林式望远镜具有焦距长、结构紧凑的优点,分别采用450mm 口径大望远镜接收温度和水汽的拉曼散射回波信号,300mm小口径望远镜接收气溶胶的米散射回波信号。利用干涉滤光片以一定的倾斜角度安装在光学平台上,可以实现对大气回波信号的有效分光。数据采集单元采用瞬态记录仪,它能同时收集数模信号。（3）分光系统的核心是干涉滤光片,模拟计算了干涉滤光片参数中心波长和带宽与温度测量不确定度的关系。用于探测大气温度的激发发射波长选为355nm的紫外光,激发光波长越短,后向散射微分截面越大,转动拉曼信号越强,并且355nm处于可见光范围外,更容易实现白天探测。模拟计算表明,高阶转动量子数拉曼通道的干涉滤光片中心波长对温度探测精度更敏感。（4）激光雷达系统研制成功后分别在合肥和北京部分地域开展了近地面大气温度的观测与分析,选用同时间点释放的无线电探空气球验证仪器的可靠性。观测资料表明了对流层温度具有较明显的时空分布特征。（5）本文重点分析了测量信号不确定度、不同时空分辨率和标定常数对温度探测精度的影响。累积发射脉冲数越多,噪声越小信噪比越大,测量信号不确定度越小。在累积激发脉冲数为10000发（5000发）时,对应30m、60m、120m和240m的空间分辨率,近地面至8km高度处温度测量不确定度的均值分别为 1.09K（1.33K）,0.83K（0.85K）,0.78K（0.79K）和0.88K（0.89K）。标定常数a和b不仅影响温度廓线的平移,还对温度廓线的形状有影响,标定常数c只影响温度廓线的平移。根据观测数据可知,a和c有相同的变化趋势,b变化趋势相反。当a、b和c变化趋势相同时,利用公式反演温度带来的误差较小,误差有互相抵消的趋势;当a、c变化和b变化趋势相反时,利用公式反演温度带来的误差较大。
二、瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度（论文提纲范文）
（1）激光雷达几何重叠因子自校正技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 激光雷达大气探测技术 |
| 1.1.2 激光雷达系统构成 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 激光雷达发展现状 |
| 1.2.2 几何重叠因子自校正技术国内外发展现状 |
| 1.3 论文主要研究内容及章节安排 |
| 2 激光雷达几何重叠因子影响因素分析 |
| 2.1 激光雷达系统及大气探测基本原理 |
| 2.1.1 米散射激光雷达系统 |
| 2.1.2 激光雷达方程 |
| 2.2 激光雷达几何重叠因子计算及实验测定 |
| 2.2.1 激光雷达几何重叠因子计算模型 |
| 2.2.2 光轴平行情况下几何重叠因子影响因素分析 |
| 2.2.3 光轴不平行情况下几何重叠因子影响因素分析 |
| 2.2.4 实验法测定激光雷达系统的几何重叠因子 |
| 2.3 激光雷达几何重叠因子对回波信号的影响分析 |
| 2.3.1 光轴平行情况下几何重叠因子对回波信号的影响 |
| 2.3.2 光轴不平行情况下几何重叠因子对回波信号的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 激光雷达几何重叠因子自校正系统设计 |
| 3.1 几何重叠因子自校正系统搭建思路 |
| 3.2 几何重叠因子自校正硬件系统设计 |
| 3.2.1 激光发射光轴的二维倾角调节平台设计 |
| 3.2.2 倾角调节平台极限保护系统设计 |
| 3.2.3 激光脉冲强度监测校正系统 |
| 3.3 几何重叠因子校正方法 |
| 3.3.1 光轴粗扫描时序设计 |
| 3.3.2 光轴细扫描时序设计 |
| 3.3.3 几何重叠因子的自校正判据设计 |
| 3.4 几何重叠因子自校正软件系统设计 |
| 3.4.1 大气回波信号采集及处理软件设计 |
| 3.4.2 发射系统光轴校正软件设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 几何重叠因子自校正系统性能测试及大气探测实验 |
| 4.1 几何重叠因子自校正系统性能测试 |
| 4.1.1 单轴扫描系统测试 |
| 4.1.2 双轴扫描系统测试 |
| 4.2 激光雷达大气探测实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 5.2.1 扫描时序及数据处理算法优化 |
| 5.2.2 时序同步优化 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）基于瑞利散射的高光谱激光雷达绝对探测大气温度方法与系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 大气散射效应 |
| 2.1.1 Rayleigh散射 |
| 2.1.2 Brillouin散射 |
| 2.2 Rayleigh-Brillouin散射谱模型 |
| 2.2.1 S6模型 |
| 2.2.2 RBS模型 |
| 2.3 HSRL绝对测温原理 |
| 2.4 绝对探测大气温度反演方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 HSRL分光系统方案设计 |
| 3.1 固定激光输出频率结合扫描FPI的分光系统方案 |
| 3.2 连续变频激光结合FPE的分光系统方案 |
| 3.3 两种方案的对比 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于扫描式FPI的HSRL绝对测温系统设计与搭建 |
| 4.1 HSRL绝对测温系统设计 |
| 4.2 系统扫描方案确定 |
| 4.3 系统仿真 |
| 4.4 Mie散射抑制 |
| 4.5 实验系统搭建及调节 |
| 4.5.1 激光器锁频系统 |
| 4.5.2 基于扫描式固体腔FPI分光系统 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 实验探测及数据分析 |
| 5.1 大气探测实验 |
| 5.2 RBS光谱解耦 |
| 5.3 大气温度反演及误差分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
（3）机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 紫外测风激光雷达国内外研究现状 |
| 1.2.2 紫外激光大气传输模型国内外研究现状 |
| 1.3 主要研究内容及章节 |
| 第2章 前视紫外测风激光雷达大气传输理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地球大气成分和分层结构 |
| 2.2.1 地球大气成分 |
| 2.2.2 地球大气分层结构 |
| 2.3 机载紫外前视测风激光雷达原理 |
| 2.4 紫外激光雷达大气传输特性 |
| 2.4.1 大气对紫外光的散射 |
| 2.4.2 大气对紫外光的吸收 |
| 2.4.3 大气湍流的影响 |
| 2.5 紫外光大气传输散射理论 |
| 2.5.1 单次散射 |
| 2.5.2 多次散射—经典蒙特卡罗模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 机载紫外激光雷达大气传输模型的建立 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 利用蒙特卡罗指向概率法建立紫外光大气传输模型 |
| 3.2.1 确定初始光子的发射方向余弦 |
| 3.2.2 定义光子空间坐标与散射方向余弦 |
| 3.2.3 判定光子是否被接收 |
| 3.2.4 计算光子接收概率 |
| 3.3 单次散射模型(n=1)仿真分析 |
| 3.3.1 单次散射收发间距对回波信号的影响 |
| 3.3.2 单次散射收发不共面角对回波信号强度的影响 |
| 3.3.3 单次散射不同激光光源对回波信号的影响 |
| 1)仿真分析'>3.4 基于蒙特卡罗指向概率法的多次散射(n>1)仿真分析 |
| 3.5 模型的验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 紫外发射光源特性对回波信号的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 紫外激光光源的建模 |
| 4.2.1 利用正态分布随机数生成初始光子方向余弦 |
| 4.2.2 利用均匀分布随机数生成初始光子方向余弦 |
| 4.3 光源模型与MCNEE散射模型的联合仿真 |
| 4.4 接收端接收能量密度的分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 湍流大气中的机载紫外激光传输模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 收发共轴紫外探测链路的湍流传输 |
| 5.2.1 大气湍流基本原理 |
| 5.2.2 湍流对数正态分布模型 |
| 5.3 湍流环境中机载紫外前视激光雷达非共轴链路建模 |
| 5.4 湍流环境中紫外前视激光雷达非共轴链路模型仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文研究成果 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 下一步工作计划 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）基于激光雷达观测的中间层和低热层大气耦合过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 大气分层结构 |
| 1.1.1 按温度分层 |
| 1.1.2 电离层分层及基本特性 |
| 1.2 大气探测手段 |
| 1.3 激光雷达探测 |
| 1.3.1 激光雷达探测基本原理 |
| 1.3.2 瑞利激光雷达数据反演方法 |
| 1.3.3 钠共振荧光激光雷达数据反演方法 |
| 1.3.4 钠荧光共振微分散射截面计算 |
| 1.3.5 光子噪声的影响 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 增强钠层与大气重力波 |
| 2.1 钠层观测 |
| 2.1.1 流星烧蚀 |
| 2.1.2 钠层短期变化 |
| 2.1.3 钠层长期变化 |
| 2.2 突发钠层 |
| 2.2.1 流星直接注入 |
| 2.2.2 离子中和 |
| 2.2.3 温度上升 |
| 2.2.4 电子沉降 |
| 2.3 低热层增强钠层 |
| 2.4 大气重力波 |
| 2.4.1 重力波的波源 |
| 2.4.2 重力波的传播 |
| 2.4.3 重力波线性理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 瑞利-钠激光雷达系统 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 系统结构 |
| 3.2.1 发射单元 |
| 3.2.2 锁定单元 |
| 3.2.3 接收单元 |
| 3.2.4 控制单元 |
| 3.3 观测数据与分析 |
| 3.3.1 多通道观测 |
| 3.3.2 流星尾迹观测 |
| 3.3.3 周期变化观测 |
| 3.3.4 合肥观测到的平流层气溶胶 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 大尺度水平增强钠层研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 观测设备和方法 |
| 4.2.1 钠激光雷达 |
| 4.2.2 流星雷达 |
| 4.2.3 电离层测高仪 |
| 4.2.4 COSMIC掩星观测 |
| 4.2.5 数据处理方法 |
| 4.3 激光雷达共同观测的增强钠层事件 |
| 4.4 形成机制讨论 |
| 4.4.1 与突发E层有关的大尺度增强钠层 |
| 4.4.2 可能被波调制的大尺度增强钠层 |
| 4.4.3 与重力波倾覆相关的增强钠层 |
| 4.4.4 具有明显时间延迟的大尺度增强钠层事件 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 波导重力波相关的突发钠层研究 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 观测仪器 |
| 5.3 案例分析 |
| 5.3.1 原始数据 |
| 5.3.2 扰动提取 |
| 5.3.3 小波分析 |
| 5.3.4 计算重力波参数 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.1.1 瑞利-钠激光雷达系统 |
| 6.1.2 大尺度水平增强钠层研究 |
| 6.1.3 波导重力波相关的突发钠层事件 |
| 6.2 展望 |
| 6.2.1 合肥地区中间层顶区域钠层研究 |
| 6.2.2 时间延迟的大尺度增强钠层研究 |
| 6.2.3 中高频重力波与钠密度的藕合研究 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）基于全天时激光雷达观测的南极重力波QBO调制现象的发现和研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.1.1 SAIR中的热结构,大气环流和化学过程 |
| 1.1.2 SAIR中重力波的意义 |
| 1.2 重力波的观测方法 |
| 1.3 激光雷达白天观测的研究进展 |
| 1.4 重力波理论 |
| 1.4.1 重力波的波源 |
| 1.4.2 重力波线性理论 |
| 1.5 赤道地区准两年震荡 |
| 1.5.1 准两年震荡的发现 |
| 1.5.2 准两年震荡的形成 |
| 1.5.3 准两年震荡对北半球的影响 |
| 1.5.4 准两年震荡对南半球的影响 |
| 1.6 参与项目及工作内容 |
| 1.6.1 中科大激光雷达项目 |
| 1.6.2 McMurdo激光雷达项目 |
| 1.7 本文的研究内容 |
| 第2章 高通超窄带滤光器 |
| 2.1 FPI滤光器原理 |
| 2.2 标准具滤光器对信噪比及径向风速误差影响的仿真 |
| 2.3 温度变化和入射角度对标准具透过率曲线的影响 |
| 2.3.1 温度变化对标准具透过率曲线的影响 |
| 2.3.2 入射角度对标准具透过率曲线的影响 |
| 2.4 实验和结论 |
| 第3章 铁玻尔兹曼激光雷达的重力波反演 |
| 3.1 瑞利温度及误差反演 |
| 3.2 温度扰动反演重力波势能密度 |
| 3.3 重力波势能密度廓线 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 极地重力波年际变化与准两年震荡 |
| 4.1 激光雷达数据筛选和研究方法 |
| 4.1.1 激光雷达数据筛选 |
| 4.1.2 利用MERRA-2数据来寻找极地涡旋边界 |
| 4.2 Epm和N~2的9年年际间变化 |
| 4.3 重力波势能密度和极地涡旋位置中的准两年震荡信号 |
| 4.3.1 南极重力波势能密度中的准两年震荡信号 |
| 4.3.2 南极极地涡旋中的准两年震荡信号 |
| 4.4 极夜激流的年际间变化和临界高度滤波的影响 |
| 4.4.1 在QBOe六月份期间南半球极夜激流的赤道向移动 |
| 4.4.2 临界高度滤波对重力波势能密度的影响 |
| 4.5 太阳周期、ENSO等其他影响因素 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）北京南郊气溶胶垂直分布特征与典型过程激光雷达探测分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究意义 |
| 1.2 大气气溶胶基本性质 |
| 1.2.1 气溶胶的来源 |
| 1.2.2 气溶胶的种类 |
| 1.2.3 气溶胶的分布 |
| 1.2.4 气溶胶在大气过程中的作用 |
| 1.3 大气气溶胶研究进展 |
| 1.3.1 直接采样研究 |
| 1.3.2 遥感探测研究 |
| 1.4 文章结构与主要研究内容 |
| 第2章 大气探测激光雷达 |
| 2.1 大气探测激光雷达概述 |
| 2.2 大气探测激光雷达技术分类 |
| 2.2.1 米散射激光雷达 |
| 2.2.2 偏振激光雷达 |
| 2.2.3 拉曼激光雷达 |
| 2.2.4 高光谱分辨率激光雷达 |
| 2.2.5 多普勒激光雷达 |
| 2.2.6 差分吸收激光雷达 |
| 2.2.7 共振荧光激光雷达 |
| 2.2.8 瑞利散射激光雷达 |
| 2.3 激光雷达大尺度观测 |
| 2.3.1 地基激光雷达探测网 |
| 2.3.2 星载激光雷达 |
| 2.4 系统收发光轴的平行性 |
| 2.5 系统与反演算法的规范与标准 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 仪器定标与数据验证 |
| 3.1 激光雷达系统与数据质量保证 |
| 3.1.1 AWRL-Ⅱ激光雷达系统 |
| 3.1.2 光学子系统四象限测试 |
| 3.1.3 瑞利分子信号判定 |
| 3.1.4 几何重叠因子校正 |
| 3.1.5 偏振通道增益比的标定 |
| 3.2 激光雷达数据预处理 |
| 3.2.1 背景噪声去除 |
| 3.2.2 数据平滑 |
| 3.2.3 大气分子模式 |
| 3.3 激光雷达数据的反演 |
| 3.3.1 气溶胶光学性质反演 |
| 3.3.2 反演结果误差 |
| 3.3.3 地基AERONET太阳光度计验证 |
| 3.3.4 退偏比的动态阈值限定法 |
| 3.3.5 水汽混合比的反演 |
| 3.4 其他辅助数据与模型 |
| 3.4.1 颗粒物与气态污染物 |
| 3.4.2 地面和探空气象数据 |
| 3.4.3 VIIRS卫星观测数据 |
| 3.4.4 HYSPLIT轨迹分析模型 |
| 3.4.5 BSC-DREAM8b沙尘模型 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 北京南郊气溶胶典型污染过程分析 |
| 4.1 灰霾污染 |
| 4.1.1 灰霾概述 |
| 4.1.2 光学性质与时空分布 |
| 4.1.3 对空气质量的影响 |
| 4.1.4 气象条件 |
| 4.1.5 污染来源与输运路径 |
| 4.1.6 结果总结 |
| 4.2 沙尘过程 |
| 4.2.1 沙尘天气概述 |
| 4.2.2 光学性质与空间分布 |
| 4.2.3 空气质量与气象条件 |
| 4.2.4 沙尘传输路径 |
| 4.2.5 结果与讨论 |
| 4.3 灰霾与沙尘交替污染个例研究 |
| 4.3.1 霾—沙光学性质与空间分布 |
| 4.3.2 模型结果验证 |
| 4.3.3 空气质量 |
| 4.3.4 气象条件 |
| 4.3.5 污染传输路径 |
| 4.3.6 结果与讨论 |
| 4.4 雪后污染持续 |
| 4.4.1 激光雷达观测结果 |
| 4.4.2 空气质量 |
| 4.4.3 气象条件 |
| 4.4.4 原因分析 |
| 4.4.5 结果总结 |
| 4.5 洁净天气对比 |
| 4.6 2019全国“两会”期间空气质量 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 北京南郊气溶胶垂直廓线统计特征 |
| 5.1 激光雷达数据分布与数据库的建立 |
| 5.2 不同污染天数事件 |
| 5.3 污染月与季节统计分布 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作内容总结 |
| 6.2 创新性成果 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（7）北纬30度中层顶区域钠和铁原子层的结构和年际变化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 引言 |
| 1 简介 |
| 1.1 地球大气的垂直结构 |
| 1.2 中层大气的激光雷达观测 |
| 1.3 金属层研究综述 |
| 1.4 本文研究目标与研究内容 |
| 2 共振荧光激光雷达与数据反演 |
| 2.1 激光雷达探测原理 |
| 2.2 钠、铁激光雷达系统组成 |
| 2.2.1 钠激光雷达系统 |
| 2.2.2 铁激光雷达系统 |
| 2.3 雷达数据的反演与误差分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 金属层的夜间变化和季节变化 |
| 3.1 单个夜晚金属Na层的夜间变化 |
| 3.2 金属层的平均夜间变化 |
| 3.2.1 金属Na层的平均夜间变化 |
| 3.2.2 金属Fe层的平均夜间变化 |
| 3.3 金属层的季节变化 |
| 3.3.1 金属Na层的季节变化 |
| 3.3.2 金属Fe层的季节变化 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 金属层的年际变化 |
| 4.1 夜间变化和季节变化对提取季节变化的影响 |
| 4.2 年际变化的提取 |
| 4.2.1 金属Na层的年际变化 |
| 4.2.2 金属Fe层的年际变化 |
| 4.3 年际变化的理性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（8）大气探测激光雷达技术综述（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 激光雷达探测技术分类 |
| 2.1 米散射激光雷达 |
| 2.2 偏振激光雷达 |
| 2.3 拉曼激光雷达 |
| 2.3.1 H2O和CO2等分子浓度的拉曼探测技术 |
| 2.3.2 大气气溶胶的拉曼激光雷达探测 |
| 2.3.3 拉曼激光雷达测量大气温度廓线 |
| 2.4 高光谱分辨率激光雷达 |
| 2.4.1 高光谱分辨率激光雷达测气溶胶 |
| 2.4.2 高光谱分辨率激光雷达测温度 |
| 2.5 多普勒激光雷达 |
| 2.6 差分吸收激光雷达 |
| 2.7 共振荧光激光雷达 |
| 2.8 瑞利散射激光雷达 |
| 3 总结 |
（9）地基激光雷达对临近空间大气的探测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 概述 |
| 1.1 临近空间 |
| 1.1.1 临近空间的概念 |
| 1.1.2 临近空间的研究意义 |
| 1.2 临近空间大气环境特征及探测手段 |
| 1.2.1 临近空间大气环境特征 |
| 1.2.2 临近空间大气探测手段 |
| 1.3 临近空间大气环境研究状况 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第2章 瑞利激光雷达大气探测技术 |
| 2.1 激光雷达大气探测基础 |
| 2.1.1 地球大气的结构和成分 |
| 2.1.2 激光和大气相互作用的机制 |
| 2.1.3 大气探测激光雷达系统结构与类型 |
| 2.1.4 大气监测激光雷达研究及发展状况 |
| 2.2 瑞利激光雷达原理 |
| 2.2.1 瑞利散射原理 |
| 2.2.2 激光雷达方程 |
| 2.3 瑞利激光雷达数据反演原理 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 临近空间瑞利激光雷达系统 |
| 3.1 系统结构和参数 |
| 3.2 激光发射部分 |
| 3.3 信号接收部分 |
| 3.4 数据采集与控制部分 |
| 3.5 系统集成及调试 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 瑞利激光雷达系统大气参数反演方法研究 |
| 4.1 瑞利激光雷达数据处理 |
| 4.1.1 反演流程 |
| 4.1.2 数据筛选 |
| 4.1.3 原始信号累积 |
| 4.1.4 背景噪声扣除 |
| 4.1.5 原始数据平滑 |
| 4.1.6 信噪比估算 |
| 4.1.7 参考点选取 |
| 4.2 瑞利激光雷达探测性能评估 |
| 4.2.1 与大气模式值的对比分析 |
| 4.2.2 与球载探空数据的对比分析 |
| 4.2.3 与卫星数据的对比分析 |
| 4.3 误差分析 |
| 4.3.1 臭氧和气溶胶的影响 |
| 4.3.2 统计误差 |
| 4.3.3 参考点参数引起的误差 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 对瑞利激光雷达大气探测的优化改进 |
| 5.1 参考点的优化 |
| 5.2 系统的改进 |
| 5.2.1 选用355nm波长探测 |
| 5.2.2 使用望远镜阵列 |
| 5.2.3 光栅滤光器的改进 |
| 5.2.4 改进后系统性能 |
| 5.3 改进前后瑞利激光雷达系统的性能对比 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 观测地临近空间全年大气数据分析 |
| 6.1 实验数据 |
| 6.2 观测地临近空间大气温度观测结果及变化趋势 |
| 6.3 观测地临近空间大气密度观测结果及变化趋势 |
| 6.4 观测地临近空间大气压力数据观测结果及变化趋势 |
| 6.5 观测地临近空间大气环境模式初步构建 |
| 6.6 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（10）纯转动拉曼激光雷达探测对流层中底部大气温度（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 引言 |
| 第1章 激光雷达大气遥感概述 |
| 1.1 激光雷达大气遥感的物理基础 |
| 1.2 激光雷达系统基本组成 |
| 1.3 激光雷达方程 |
| 第2章 大气温度的分布及测量方法 |
| 2.1 地球大气与大气温度结构特征 |
| 2.2 大气温度的观测方法 |
| 2.3 大气温度探测激光雷达技术与发展动态 |
| 第3章 纯转动拉曼激光雷达大气温度探测原理 |
| 3.1 大气分子的拉曼频移 |
| 3.2 N_2和O_2分子的微分散射截面 |
| 3.3 大气温度反演函数的选择 |
| 第4章 纯转动拉曼激光雷达系统研制 |
| 4.1 激光发射单元 |
| 4.2 信号接收和数据采集系统 |
| 4.3 控制系统 |
| 第5章 纯转动拉曼激光雷达系统大气温度探测实验研究 |
| 5.1 实验探测流程 |
| 5.2 分光系统调试 |
| 5.3 转动拉曼通道信号验证和系统标定 |
| 5.4 数据处理 |
| 第6章 低空大气温度观测结果与误差分析 |
| 6.1 合肥低空大气温度观测结果与分析 |
| 6.2 北京低空大气温度观测结果与分析 |
| 6.3 水汽混合比的空间分布 |
| 6.4 水汽对大气气溶胶光学性质的影响 |
| 6.5 同时探测大气温度、水汽、气溶胶的结果分析 |
| 6.6 纯转动拉曼激光雷达测量误差分析 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
四、瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度（论文参考文献）
- [1]激光雷达几何重叠因子自校正技术研究[D]. 徐鑫鑫. 西安理工大学, 2021
- [2]基于瑞利散射的高光谱激光雷达绝对探测大气温度方法与系统研究[D]. 张婉琳. 西安理工大学, 2021(01)
- [3]机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究[D]. 张秋实. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [4]基于激光雷达观测的中间层和低热层大气耦合过程研究[D]. 马聚. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]基于全天时激光雷达观测的南极重力波QBO调制现象的发现和研究[D]. 李梓霂. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]北京南郊气溶胶垂直分布特征与典型过程激光雷达探测分析[D]. 田晓敏. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [7]北纬30度中层顶区域钠和铁原子层的结构和年际变化[D]. 胡云杰. 武汉大学, 2020(03)
- [8]大气探测激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报, 2018(05)
- [9]地基激光雷达对临近空间大气的探测研究[D]. 邓潘. 中国科学技术大学, 2018(11)
- [10]纯转动拉曼激光雷达探测对流层中底部大气温度[D]. 尚震. 中国科学技术大学, 2017(09)