1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 广西光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
针对平流层载荷在对地观测应用中精确获取地表温度的需求,基于SeeBor大气廓线集和MODIS分裂窗通道的参数建立了平流层仿真数据集,分析了通用分裂窗算法在平流层高度获取地物温度的有效性;开展了反演精度对观测高度、发射率、水汽含量、噪声等效温差(NETD)和光谱响应漂移的敏感性分析。仿真结果表明,算法的理论误差为0.185 K,其中发射率和NETD对反演误差的贡献最大。最后分析了不同影响因素的偏差约束需求,结果表明在发射率不确定性优于1%、NETD优于0.4 K、光谱响应漂移在-3~3 nm的条件下,温度反演精度可以实现优于2 K的水平。
光学学报
2022, 42(12): 1201001
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院近地空间环境重点实验室，安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院 物理与电子工程系，安徽 合肥 230601
一台基于分子双边缘鉴频技术的车载瑞利多普勒激光雷达系统，于2014年至2016年先后在山西忻州（38.42°N 112.72°E）和甘肃酒泉（39.74°N 98.49°E）地区对平流层风场进行连续观测。观测结果表明：18~25 km范围内，酒泉春、秋季节以及忻州冬季均出现了准零风层大气结构，并伴有明显的上下浮动现象，该准零风层结构与2011年夏季新疆乌鲁木齐（42.1°N 87.1°E）多普勒激光雷达系统观测到的结果具有明显差异。分析认为：由于5月与10月处于短暂的季节过渡时期，中纬度地区平流层东风环流尚未稳定导致零风线的上下浮动；2015年1月忻州地区出现平流层准零风层与平流层爆发性增温有关。
多普勒激光雷达 直接探测 平流层 准零风层 Doppler lidar direct detection stratosphere quasi-zero wind layer 红外与激光工程
2020, 49(3): 0305004
南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 江苏 南京 210044
介绍了位于南京北郊的拉曼散射激光雷达的基本结构,描述了使用拉曼散射激光雷达反演平流层大气气溶胶消光系数廓线的数据处理方法。重点研究了南京北郊2011-12-08与2011-12-09晚间平流层气溶胶观测数据,对拉曼散射激光雷达距离矫正信号进行4种不同阈值的小波去噪,选择出合适的阈值,然后利用反演原理公式,得到平流层大气气溶胶消光系数廓线,分析了平流层大气气溶胶消光系数的变化特征。
大气光学 气溶胶 平流层 消光系数反演 拉曼散射 小波去噪
1 解放军理工大学气象海洋学院，江苏 南京 211101
2 北京应用气象研究所，北京 100029
红外大气探测干涉分光仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, IASI)能够获取平流层的大气温度廓线，而且由其 提取的大气温度扰动信息可用于平流层的重力波特征分析。基于神经网络方法，利用典型 大气廓线库和大气辐射传输模式建立了由IASI反演25 ～ 60 km高度范围内的平流层大气温度廓 线的算式，并结合再分析资料对反演结果进行了检验。模拟试验结果表明，平流层大气 温度反演的偏差主要在0 K附近且不超过1 K，均方根误差处在2 ～ 6 K之间，且50 ～ 5 hPa之间的均方 根误差在3 K以内。对比验证结果表明，本文的平流层大气温度反演与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)的再分析资料在总体上具有 可比性，而且反演速度更快，覆盖的区域更完整。
平流层 温度反演 stratosphere temperature retrieval IASI IASI
中国科学技术大学地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
：一台用于观测对流层和平流层风场的车载瑞利测风激光雷达于安徽合肥建成，该雷达使用双边缘技术，设计探测高度10~40 km，距离分辨率分别为100 m(20 km高度以下)和500 m(20 km高度以上)。在2011年夏季该雷达于新疆乌鲁木齐地区(42.1°N，87.1°E)进行了风场观测实验并成功观测到了平流层准零风层大气结构，给出了几组夜间典型的风场数据，根据观测结果得出：准零风层底部高度稳定在17~18 km高度而不随时间变化，而准零风层厚度则随时间有一个先增大后减小的趋势，并在北京时间凌晨0点~3点期间达到最大值。在观测中出现的准零风层厚度最大值超过15 km，最小值则仅有约2~3 km。分析认为：准零风层厚度的变化与夜间平流层接收到的紫外线辐射强度变化有关，同一时刻不同纬度上的平流层接收的紫外线辐射强度变化程度不同，导致平流层温度梯度继而大气环流的速度发生变化，从而引起准零风层厚度变化。
大气光学 测风激光雷达 平流层 准零风层 atmospheric optics wind lidar stratosphere quasi-zero wind layer
平流层飞艇平台运行在距地面20 km的高度，能够长期定点悬浮或者机动巡航，是一个良好的预警、监视、跟踪平台，光电侦察系统是未来平流层飞艇监视侦察装备的核心。简述了平流层遥感相对飞机平台和卫星平台的优点，根据平流层平台的特点，分析了平流层光电探测系统相对飞机平台光电系统在探测距离方面的优势。结合国外典型的光电侦察系统现状，介绍了光电侦察系统的组成和工作原理，并在现有光电侦察系统的基础上，对未来平流层平台光电侦察系统的关键技术进行了研究，给出了相应解决方案，可以为未来平流层光电侦察系统的设计方案提供参考。
遥感 光电系统 平流层 飞艇 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 020003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了保证光学遥感器在平流层空间热环境中安全可靠地工作，对工作在平流层内的光学遥感器进行了热分析。分析了运行在25 km以上空间的飞艇要经历的平流层的环境特点，包括平流层内的大气密度、温度分布等。建立了平流层光学遥感器的传热数学模型，分析了遥感器的迎风面、侧面和背风面在顺风飞行和逆风飞行情况下的对流情况，计算得到在逆风飞行和顺风飞行时迎风面、侧面、背风面的对流换热系数分别为5.009，8.259，3.33 W/(m2·K)和2.609，2.959，1.005 W/(m2·K)。最后，根据稳态换热平衡方程，利用热分析软件分析了光学遥感器在两种极端工况下的温度场分布。结果显示，采用热控措施后光学遥感器的轴向温差从15°减小到了2.7℃,飞艇与空气的对流换热系数随着它们之间的相对速度的增大而增大。结果表明，本文采用的热控手段可以减小遥感器的温差，这为进一步开展平流层光学遥感器的热分析奠定了基础。
平流层 光学遥感器 对流换热 stratosphere Space Optical Remote Sensor (SORS) convection heat transfer
中国科学院安徽光学精密机械研究所,国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031
介绍了一台用于探测平流层气溶胶的米氏散射激光雷达及其数据处理方法,其探测结果与美国SAGEⅡ卫星的结果基本一致.初步分析了1991年～1998年期间平流层气溶胶消光系数和积分体后向散射系数的变化特征.
激光雷达 平流层 气溶胶
中国科学院安徽光学精密机械研究所,国家863计划大气光学重点实验室,合肥,230031
用L625 355nm和532 nm双通道瑞利(Rayleigh)散射激光雷达,分别观测合肥(31.9°N/117.17°E)地区30～43km高度范围内的大气密度和温度分布.这些结果与NOAA/NMC和NASA/HALOE相邻地点的密度和温度表现了较好的一致性.一般情况下,在34～43km高度范围内激光雷达获得的大气密度与NOAA/NMC和NASA/HALOE密度的偏差大约为10%,温度差别小于2K,而34 km以下温度偏差稍大.
激光雷达 瑞利散射 大气密度和温度 平流层 lidar Rayleigh scattering air density and temperature stratosphere
