1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室，四川 成都 610041
3 中国民用航空飞行学院 理学院，四川 广汉 618307
相干激光测风雷达具有体积小、探测效率高、信噪比强等特点，在气象、航空保障以及风电等行业得到了广泛的应用，但是目前雷达数据产品大多是利用回波多普勒频移信息反演的风场数据产品，未对雷达回波信号强度信息进行数据挖掘。针对当前相干激光测风雷达数据产品开发不足的问题，介绍了一种新型基于相干探测的激光雷达数据产品生成技术，该技术在探测风场的同时，实现云高、消光系数及能见度等多种气象要素数据产品的生成。首先，通过分析回波信号特性，推导出雷达回波信号功率的计算方法，获取探测范围内各距离位置的回波信号强度信息。在此基础上，利用阈值法和微分零叉法反演出云底高度，同时采用改进型Klett算法实现大气消光系数的反演，继而实现能见度的测量。最后，与气象站能见度仪、激光云高仪以及532 nm气溶胶激光雷达进行数据对比验证试验，试验数据结果显示：云高对比精度可达5.0%，能见度对比精度可达12.2%，消光系数对比有较好的一致性，并可长期在多种气象环境下连续测量。
激光雷达 气象探测 相干探测 消光系数 能见度 云高 lidar meteorological detection coherent detection extinction coefficient visibility cloud height 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230138
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
简述单光子探测器对于激光云高仪研究的重要作用。在了解单光子探测器SPAD基本工作原理的基础上,搭建SPAD的被动抑制电路,实验得出SPAD的死时间 在2 μs以上,只能适用于单光子计数率小于500 kHz的场合。为了减少单光子探测器的死时间,提高单光子计数率,设计了雪崩被动淬灭电压主动恢复的 混合抑制电路,通过精密的时序控制,探测器的死时间缩短为100 ns,单光子计数率上升至10 MHz。理论上激光云高仪的空间分辨率可达15 m,单光子探 测器SPAD混合抑制电路对于激光云高仪的工作性能以及顺利研制有着重要意义。
激光云高仪 单光子探测器 雪崩光电二极管 混合抑制方式 laser ceilometer single-photon detector avalanche photodiode mixed quenching technology 大气与环境光学学报
2016, 11(2): 155
南京信息工程大学 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，南京 210044
激光雷达在云观测中起着非常重要的作用，是云遥感探测的主要仪器之一。目前，激光雷达大都是固定指向天顶角或者某个角度，对云分布的取样有限。本文建立用于云观测的扫描激光雷达，该系统使用小型固态激光器背负于接收望远镜上，望远镜固定于三维扫描平台，整个系统可以工作于不同的扫描模式以实现全天空云的监测。通过利用该扫描激光雷达对云的分布进行测量，并与已有激光雷达观测数据的对比，结果表明，与传统激光雷达相比扫描激光雷达能够精细的描述出云高和云光学厚度的空间分布，体现了扫描测量激光雷达在云探测方面的优势。
激光雷达 云高 光学厚度 scanning LIDAR cloud height cloud optical properties
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学技术大学环境光学学院, 安徽 合肥 230031
基于大气红外探测器L1B红外高光谱辐射观测资料,结合中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)云产品数据,利用通用大气辐射传输模式(combined atmospheric radiative transfer model,CART),根据模式模拟和AIRS实际观测亮温的亮温差,研究从AIRS红外波段1 070～1 135 cm-1高光谱数据反演卷云的光学厚度和云顶高度.将反演的卷云光学厚度与云顶高度作为输入参数模拟计算650～1 150 cm-1波段卷云大气顶的辐射亮温谱,并将模拟值与AIRS观测亮温谱进行了对比分析.将反演的卷云光学厚度和云顶高度和AIRS的760通道(900.56 cm-1,11.1 μm)的亮温以及MODIS卷云反射率进行了对比分析.最后将反演的卷云云顶高度和MODIS云顶高度进行了对比分析.研究结果表明:反演所使用的650～1 150 cm-1波段模式模拟和观测亮温谱吻合得很好,说明CART可以较好的模拟AIRS亮温谱.反演的卷云参数与AIRS在大气窗口区的760通道(900.56 cm-1,11.1 μm)的亮温的分布满足低亮温对应较大的卷云光学厚度和高云顶高度.反演的卷云参数和MODIS卷云的反射率分布满足高卷云光学厚度和云顶高度对应高卷云反射率.反演的卷云云顶高度和MODIS的卷云云顶高度之间线性相关系数相对较高,且都在8.5～11.5 km的概率较高,两者的概率分布趋势一致.说明CART可以用于反演卷云的性质,反演结果具有一定的可靠性。
卷云 红外高光谱 光学厚度 云高 反演 Cirrus clouds IR high spectra AIRS AIRS Optical thickness Cloud top height Retrieval 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1208
1 中国海洋大学海洋遥感研究所, 山东 青岛 266100
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100085
云高、云量的自动化仪器定量观测对于气象业务非常重要,不同数据的有效融合分析对于气象业务来说 意义重大。云测量系统硬件上集成了激光云高仪、全天空成像仪探测模块,使得云高、云量的观测数据 在时间、地点上高度统一,结合激光云高仪的剖面数据和全天空成像仪的云二维分布数据做了初步融合 分析,进行精确的云高判别、云量反演与云种分类研究。通过数据融合,利用全天空图像可以消除云高 仪在雾霾天气下对云底的误判,同时利用云高数据可以估计全天空云的空间分布而对云进行了更精确的 分类。实际上,将云高、云量数据融合分析是气象业务观测的发展方向。
激光云高仪 激光雷达 全天空成像仪 云高 云量 ceilometer lidar the whole sky imager cloud height cloud amount
1 南京信息工程大学 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 南京 210044
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
利用激光云高仪数据资料, 得出气溶胶后向散射系数时序图、消光系数廓线图以及能见度, 结合探空资料、自动气象站数据以及能见度仪数据, 综合分析了雾霾天气过程.结果表明:雾霾天气的出现受气象要素的影响较大, 静、小风有利于霾的出现, 较高的相对湿度有利于雾霾共存, 并且对能见度产生较大影响; 雾后向散射强度较大, 后向散射系数在垂直方向变化率大, 出现高度较低; 霾后向散射强度较小, 霾空间分布均匀, 后向散射系数垂直变化小, 出现高度较高.利用激光云高仪数据反演水平能见度和垂直能见度, 所得水平能见度与能见度仪所测能见度基本一致.垂直能见度与相对湿度日变化趋势大致相反, 与风速日变化趋势基本一致; 分析雾和霾天气下后向散射系数随时间变化特征发现, 雾霾天气下傅里叶变换的功率谱分布, 与雾和霾的边界特征相对应.
雾霾 激光云高仪 后向散射系数 Haze-fog Laser ceilometer Backscattering coefficient
1 黄山市气象局, 安徽 黄山 245021
2 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心, 安徽 合肥 230031
微脉冲激光雷达(MPL)是探测气溶胶、云雾和水平能见度的有效工具,具有性能稳定、结构简单、便于移 动、探测数据准确、对人眼安全等特点。主要介绍微脉冲激光雷达的原理,两种激光雷达数据处理 的方法(斜率法和Fernald法),及其在气象领域的应用,主要包括: (1)水平能见度以及大雾监测; (2)精确 地探测云高、云厚、云区的消光系数和云的层次等信息;(3)大气气溶胶的垂直分布和演变过程。
气溶胶 水平能见度 云高 微脉冲激光雷达 aerosol horizontal visibility cloud height micro pulse lidar
1 南京信息工程大学大气物理与大气环境重点实验室，江苏 南京 210044
2 中国气象局气象探测中心，北京 100081
为了比较几种自动化测云仪器的性能,中国气象局气象探测中心在南京信息工程大学的 气象探测基地首次组织了一次为期近5个月的比对试验,试验仪器包括四台激光云高仪、 两部红外测云仪、一台全天空成像仪以及一部毫米波云雷达。对其中大部分仪器取得的 三个月云底高度数据进行了初步分析,结果表明:三台激光云高仪测量结果比较一 致;两部红外测云仪在测量低云时一致性稍差;云雷达与激光云高仪测量的最 低层云底高度数据一致性较差,但与红外测云仪的测量结果匹配较好。
大气光学 云底高 激光云高仪 红外测云仪 云雷达 atmospheric optics cloud base height ceilometer infrared cloud measuring system cloud radar
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 环境与光学技术重点实验室, 合肥 230031
2 合肥电子工程学院, 合肥 230037
根据云高仪工作原理，从米散射激光雷达方程出发,推导出一种低层大气中气溶胶消光系数边界值的获取方法，并在此基础上利用Fernald方法反演得到了大气消光系数的垂直分布；通过垂直路径上的消光系数反演得到垂直路径的平均能见度，结果表明,该平均能见度更接近垂直方向真实的能见度。用该算法处理了半导体激光云高仪实际测量的数据，并与Vaisala云高仪测量的垂直能见度进行了对比，结果表明:该算法在反演大气垂直能见度时具有较高的准确性和可靠性。
大气光学 垂直能见度 迭代算法 半导体激光云高仪 消光系数 atmospheric optics vertical visibility iterative algorithm laser diode ceilometer extinction coefficient
