利用微脉冲激光雷达识别过冷水云层
激光雷达在气象和大气环境监测中的应用
波长 、多探测功能 、商业化 、区域化及全球化方向发展 ,它在气象与环境监测中正在发挥越来越重要的作用 。
关键词 :激光雷达 ;气象探测 ;大气环境监测 ;星载 ;应用
中图分类号 : TN958198 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 503X (2009) 05 - 0048 - 09
产生的辐射信号来遥感目标物 。与普通微波雷达相 比 ,激光雷达由于使用的是激光束 ,工作频率较微波
云 、雾 、能见度 、大气气溶胶 、大气风场和温度廓线 , 以及大气中有害气体的成分等 [ 2 ] 。
高了许多 ,有很多优点 ,如分辨率高 ,可以获得极高
根据激光与大气作用方式和探测目的的不同 ,
的角度 、距离和速度分辨率 ; 低空探测性能好 ,抗有 又演变出多种不同类型的激光雷达 。米 (M ie)散射
和研究 。同时也可以对其他几种原子和离子进行类
似的探测和研究 ,原子等在吸收入射光后再发射的
光称为荧光 。在共振荧光过程中 ,荧光波长与入射
光波长相等 。由于共振荧光截面比瑞利散射截面大
得多 ,可以利用某些特定的激光波长下原子或分子
发生共振荧光增强的现象来实现辨认大气组分的探
测。
3 激光雷达的应用和发展
移量测量大气风速 ,获得风场的时空变化 ;偏振 ( Po2
la riza tion )激光雷达是通过探测非球形粒子后向散射
光的退偏振比来研究它们的形态 ,这种激光雷达可
以探测和分析云中的含水量和云的微物理结构 ; 共
振荧光 ( Resonance Fluorescence)激光雷达则已经被
应用于对钠层及其相关特性进行系统而深入的探测
测器接收的携带着被测物质有关的信息 (吸收 、散射 间的一种非弹性相互作用过程 ,其最大的特点是散
微脉冲激光雷达安全操作及保养规程
微脉冲激光雷达安全操作及保养规程微脉冲激光雷达作为一种先进的探测技术，被广泛应用于工农业生产、环境监测等领域。
因其作用精准、反应快速、输出稳定等特点，在对测量精度要求极高的应用场景尤为受欢迎。
而为了确保微脉冲激光雷达的正常使用和保养，我们需要掌握一些相关的安全操作规程和保养技巧。
本文就此展开介绍。
安全操作规程1. 防护措施微脉冲激光雷达在使用过程中，其激光输出为我们带来一定的辐射危害，因此我们需要做好以下防护措施：•隔离文明。
在使用微脉冲激光雷达的过程中，我们应该根据需要将它放置在相应的防护设备内，以减少辐射伤害。
特别是对于特殊环境中的应用，我们必须严格遵守相关防护标准的要求。
•注意人身安全。
在使用时，应保证人离激光光束恰当的距离，以确保其不会直接接触到激光光束的辐射。
同时，我们需要提前对个人身体做出全面的风险评估，以确保在遇有意外事件时有适当的应对措施。
•防止眼睛受到伤害。
在激光光束照射到人眼时，可能造成眼睛损伤并引发失明。
因此，我们需要始终戴上合适的激光防护眼镜，并避免在不必要情况下看向光束的方向。
2. 操作规程在正常使用微脉冲激光雷达时，我们应该注意以下操作规程：•预热时间。
在开始测量之前，我们需要预热微脉冲激光雷达，以确保其输出稳定，通常需要预热20-30分钟。
•雷达角度。
在测量过程中，我们应注意调整微脉冲激光雷达的角度，以确保其光束覆盖区域的范围符合实际需求。
•固定装置。
如果需要安装微脉冲激光雷达，请务必使用固定装置将其固定在恰当的位置上，以避免因震动等因素影响其精度。
•数据采集。
在数据采集阶段，我们需要确保微脉冲激光雷达与控制系统之间的数据传输正常，同时应根据需要进行相关的数据处理。
保养维护除了正常的使用操作外，正确的保养维护也是确保微脉冲激光雷达能够长期稳定工作的关键。
以下是一些基本的保养规程：•清洁。
每次使用完微脉冲激光雷达后，我们需要及时清理激光器的光谱，以确保其光谱的透过率等指标处于良好水平。
激光雷达在气象预报中的大气测量应用
激光雷达在气象预报中的大气测量应用随着科技的不断进步和发展，激光雷达在气象预报领域的应用已经成为一项重要的技术手段。
激光雷达通过发射一束激光束进入大气中，利用激光与空气中的水汽、尘埃等颗粒物之间的相互作用，可以对大气中的温度、湿度、风速和风向等参数进行高精度的测量。
这项技术的出现为气象预报提供了更精准、可靠的数据来源，并有望在未来推动气象预报技术的进一步发展。
首先，激光雷达在大气测量中的应用主要体现在温度和湿度的测量。
激光雷达可以通过测量大气中水汽分子的线宽来计算温度和湿度。
当激光束与水汽分子相互作用时，会导致激光的频率发生变化，通过测量这种频率变化，可以精确计算出大气中的温度和湿度分布情况。
这种方法相比传统的探空测量方式更加方便快捷，并且能够提供实时、连续的测量数据，为天气预报的准确性和时效性提供了重要的支持。
其次，激光雷达在大气测量中还可以用于测量风速和风向。
激光雷达发射的激光束会被大气中的颗粒物散射，散射方向和强度与风速和风向有关。
通过对散射信号的分析，可以准确测量出大气中的风速和风向分布情况。
这种方法相比传统的气象雷达具有测量范围广、分辨率高、灵敏度好等优势，可以提供更为精确、细致的风场信息，对于气象风险评估和灾害防范具有重要意义。
此外，激光雷达在大气测量中还可以应用于测量降水量和降水类型。
激光雷达发射的激光束可以穿过降雨云层，对云层中的降水微粒进行探测和测量。
通过对反射信号的分析，可以获得降水微粒的浓度、尺寸和类型等信息，进而估算出降水的强度和类型。
这种方法可以提供实时的降水监测和预警，为气象预报和灾害应对提供重要依据。
总之，激光雷达在气象预报中的大气测量应用具有重要的意义和潜力。
它可以提供更为准确、实时的大气物理参数测量数据，为气象预报的准确性和时效性提供了重要支持。
随着技术的不断进步和发展，相信激光雷达在气象预报领域的应用将会越来越广泛，并且为未来气象预报技术的发展带来更多的可能性。
利用毫米波测云雷达反演层状云中过冷水
引 言
混 合 相云 中的过冷 水对 云顶 的辐 射起 着重 要作
用… ， 也 是人 工影 响 天 气 的重 要 对 象 和 阻 碍 飞 机安 全 飞行 的重要 因素 。 目前对 过冷 水探 测 的方法 主要
冰 的 限制 。严 卫 等 联 合 ｃ ｌ ｏ ｕ ｄ ｓ ａ ｔ 携 带 的 激 光 雷
水， 对人 工影响天气及预 防飞机积 冰具有重 要意义 ， 对 我 国毫米 波雷达 的数据处理 也具有借 鉴作用 。
本文利用英 国的 ３ ５ Ｇ Ｈ ｚ 、 ９ ４ Ｇ Ｈ ｚ 测 云雷达 ， 结合激光雷达 和探空资料 ， 采用 阈值法 ， 反演分析 了层状 云 中的过冷水 。结果表 明 ： （ １ ） 毫米波雷达联合激 光雷达可 以识别层 状云 中的过冷水 ， 其结果 与微波 辐射计测量 的液态水路 径或毫米波雷达的双 峰谱相符 合 ； （ ２ ） 利用 多普勒 速度 的双 峰谱 可以反演 混 合相云 中的过冷水 含量 、 冰 晶含水量 。混合相 云的雷达反射率因子主要取决于冰 晶， 根据雷达反射率 因子反演会低估 云内液 态水 含量 ； （ ３ ） 本 次层状 云降水 的亮带 以上 含有较 多过冷水 ， 此处 ３ ５ Ｇ Ｈｚ 的
（ １ ．山东省气象局大气探测技术保障中心 ， 山东
南京信息工程大学 ， 江苏 南京
济南 ２ ５ ０ ０ ３ １ ； ２ ． 气象灾害省部共建教育部重点 实验室 ，
济南 ２ ５ ０ ０ ３ １ ）
２ １ ０ ０ ４ ４ ； ３ ． 山东省气象科学研究所 ， 山东
摘
要： 毫米波测云雷达 已成为研究 云 内微 物理 参数 的有效工 具 ， 利 用其从 混合 相 云中识别 出过 冷
第３ ３ 卷 第２ 期
利用毫米波测云雷达反演层状云中过冷水
利用毫米波测云雷达反演层状云中过冷水吴举秀;魏鸣;王以琳【期刊名称】《干旱气象》【年(卷),期】2015(033)002【摘要】毫米波测云雷达已成为研究云内微物理参数的有效工具,利用其从混合相云中识别出过冷水,对人工影响天气及预防飞机积冰具有重要意义,对我国毫米波雷达的数据处理也具有借鉴作用.本文利用英国的35 GHz、94 GHz测云雷达,结合激光雷达和探空资料,采用阈值法,反演分析了层状云中的过冷水.结果表明:(1)毫米波雷达联合激光雷达可以识别层状云中的过冷水,其结果与微波辐射计测量的液态水路径或毫米波雷达的双峰谱相符合;(2)利用多普勒速度的双峰谱可以反演混合相云中的过冷水含量、冰晶含水量.混合相云的雷达反射率因子主要取决于冰晶,根据雷达反射率因子反演会低估云内液态水含量;(3)本次层状云降水的亮带以上含有较多过冷水,此处35 GHz的雷达回波强度随冰晶的增大而减弱,且冰晶的含水量主导了总液态水含量.【总页数】9页(P227-235)【作者】吴举秀;魏鸣;王以琳【作者单位】山东省气象局大气探测技术保障中心,山东济南250031;气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京信息工程大学,江苏南京210044;山东省气象科学研究所,山东济南250031【正文语种】中文【中图分类】P412.25【相关文献】1.冰晶中空气和过冷水滴对毫米波雷达反演卷云冰水含量的影响 [J], 祝潇;王友保2.利用云雷达反演层状云空气垂直速度及微物理参数的个例研究 [J], 段艺萍;刘寿东;刘黎平;李曦;徐亚娟;王冠华;苏艳3.毫米波云雷达与CL51激光云高仪测云差异研究 [J], 乔晓燕;李栋;尹佳莉4.利用毫米波云雷达数据反演层云微物理参数和云内湍流耗散率 [J], 黄兴友;陆琳;洪滔;梅垚;杨敏5.基于雷达反射率因子的降水性层状云中雨滴谱参数的反演方法与检验研究 [J], 周嘉健;肖辉;潘雯菁;王振会因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
结合激光雷达分析上海地区一次典型的连续浮尘天气过程
结合激光雷达分析上海地区一次典型的连续浮尘天气过程马井会张国琏耿福海(上海市气象局,上海200135)摘要:研究分析了2011 年5 月1 日至4 日上海地区一次典型的连续浮尘天气过程。
利用微脉冲激光雷达数据资料反演得到的气溶胶消光系数和垂直廓线，结合地面气象数据和气溶胶观测资料以及卫星遥感资料，初步研究了此次连续浮尘过程的传输特征和形成的主要原因。
结果表明，5 月1 日的浮尘过程以PM2.5 的影响为主，而5 月2～4 日为回流浮尘过程，PM2.5 比重较5 月1 日下降.外源性输入、垂直风场分布和大气层结变化为浮尘天气的发生和维持创造了有利条件。
此外，研究还发现，在此次浮尘的气溶胶大气消光作用中,其散射贡献大于吸收作用。
关键词：浮尘天气，激光雷达，PM10，PM2.5引言：沙尘气溶胶对大气环境有显著影响，其所经过地区污染指数增高，大气光学厚度显著增加[1]。
另外，沙尘气溶胶会强烈地散射和吸收太阳辐射，从而使地面和低层大气获得的太阳辐射减少，同时沙尘气溶胶也发射和吸收红外辐射，可以起到加热作用。
因此，沙尘天气增多会对一些地区的辐射收支状况产生影响，从而影响这些地区的气候状况[2]。
春季，大量蒙古国及内蒙等干旱和半干旱地区沙尘通过大风及锋面系统吹起后输送至对流层，之后会在西风系统的影响下向下游地区输送[3-5]。
这些沙尘气溶胶会导致东亚地区光学厚度及近地面颗粒物浓度显著升高[6‐9]。
沙尘气溶胶在传输过程中的垂直分布是估算其辐射强迫的重要因子，沙尘层会导致短波波段瞬时大气加热率减少大约1-4K/天[10-12]。
几个该领域的实验例如[9、13-14]ACE-Asia，TRACE-P,以及ABC-EAREX 2005已经在垂直结构、传输机制以及沙尘气溶胶的相关特性方面得出了一些建设性的结论。
我国学者近年来也对沙尘气溶胶物理化学特征、影响的气候因子、成分分析及近地面特征进行了较为详细的分析，颜鹏等人分析了北方沙尘暴输送影响期间临安气溶胶质量浓度尺度分布的演变特点以及气溶胶化学成分与不同空气来源的关系[15]，刘志丽等人介绍了亚洲沙尘暴遥感监测的一些新方法，并对监测结果与数据进行了综合分析，这些结果能够为GCM全球尺度沙尘模型提供参数和验证数据[16]，成天涛等人在西北地区沙尘气溶胶起沙量估计、粒谱特征、光学特性观测分析及沙尘气溶胶直接辐射强迫等方面做了大量工作[17-20]。
激光雷达在气象与灾害防范中的作用
激光雷达在气象与灾害防范中的作用近年来，随着科技的发展，激光雷达成为气象和灾害防范领域的重要工具。
激光雷达利用激光技术进行精确测量，可以在灾害发生前提前预警，为人们的生命和财产安全提供重要保障。
本文将重点探讨激光雷达在气象与灾害防范中的作用。
首先，激光雷达在气象领域发挥着重要作用。
通过测量激光的回波，激光雷达能够准确获取大气中的云状物体的位置、高度和速度等信息，从而实现对气象现象的监测。
这对于气象预报和研究具有重要意义。
例如，激光雷达可以帮助气象学家研究和预测暴雨、冰雹和龙卷风等极端天气事件。
通过分析激光雷达获取的数据，气象学家们可以更准确地判断天气发展趋势，及时发出预警，从而减少对大众的影响。
其次，激光雷达在灾害防范中的应用也十分广泛。
例如，在地质灾害预警中，激光雷达可以通过扫描地表的形状和变化，检测地质灾害的风险。
激光雷达可以实时监测山体滑坡、地震后的地表变形等情况，提供数据支持，帮助防灾部门及时采取措施，减少灾害造成的损失。
另外，在海洋灾害防范中，激光雷达可监测海浪的高度和波动情况，为海上航行和渡船运营提供重要的参考和安全保障。
此外，激光雷达还可以应用于城市规划和交通管理等领域。
例如，在城市规划中，激光雷达可以快速获取城市地貌和建筑物的三维信息，为城市规划者提供宝贵的数据。
同时，激光雷达技术还可以应用于交通管理中的车辆检测和道路监控。
通过激光雷达扫描车辆的速度和位置等信息，交通管理部门可以实现实时监测和交通流量控制，提高交通效率和安全性。
然而，激光雷达在气象与灾害防范中的应用也面临一些挑战。
首先，激光雷达的成本较高，对于一些贫困地区和发展中国家来说，其应用受到限制。
其次，激光雷达的数据分析和处理需要专业的技术人员和高性能计算设备，这也增加了应用的复杂性和成本。
此外，激光雷达在复杂环境下的性能仍有待提高，例如，在大范围的云层和降雨情况下，激光雷达的探测效果可能会有所降低。
综上所述，激光雷达在气象与灾害防范中发挥着重要作用。
MPL(Micro Pulse Lidar)微脉冲激光雷达
任务，取得了20多项发明专利。2000年开始
研制微脉冲激光雷达（MPL），于2001年研制
成功我国第一台MPL，并投入大气气溶胶的连
可二维自动扫描观测的 MPL
续观测；2003年研制成功第一台偏振微脉冲 激光雷达（MPL-P），可区分球形和非球形颗
粒物及其时空分布，是探测烟尘、沙尘以及冰晶云的有效工具；2005年研制成功
MPL（Micro Pulse Lidar）微脉冲激光雷达
根据大气对激光的散射、吸收等物理原理，激光雷达通过分析激光束在大气
传输过程中与大气相互作用的回波信号，获得大气环境的信息。激光具有单色性
好、方向性强、亮度高、脉宽窄等特点，使
得激光雷达可以对几公里以至几十公里大范
围大气环境进行高时空分辨能力的实时观
第一台扫描式微脉冲激光雷达（MPL-S），可以水平方向大范围自动扫描，用于
观测城市上空水平方向的大气气溶胶的分布状况和时间演变；2006年完成了同轴
透射式微脉冲激光雷达研制，使MPL的性能（抗恶劣环境能力、长期连续工作的
稳定性等）有了大幅度的提升，达到商品化程度；2008年实现了红外微脉冲激光
雷达系统测量，并于2009年完成了双波长微脉冲激光雷达的试验，现可提供双波
大气和多层云的后向散射回波信号 垂直廓线。可看出它对云高和多层云 的探测能力。
TIME(06.03.19 19:40-----06.03.20 05:41)
图 3 一次沙尘天气过程--偏振微脉冲激 光雷达测量得到的一次沙尘过程，上图 所示，显示了地面扬沙和外 来输送的时空演变过程。
图 4 两台 MPL 同时测量
雾、霾其时空演变特征
粒子谱垂直分布和时空演变特征
MPL-TP √ √ √ √ √ √ √ √
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利用微脉冲激光雷达识别过冷水云层
宋继烨;檀望舒;李成才;于营丽;李建;初奕琦
【期刊名称】《北京大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2018(54)5
【摘要】在已有的云识别算法基础上,利用微脉冲激光雷达后向散射信号区分云和气溶胶。
按照云粒子的退偏振比,区分冰云、水云、混合云以及水平导向的冰晶云。
结合大气温度廓线,对过冷水云层进行有效的识别。
利用观测点上空持续一年的观
测资料,统计各种云出现的高度及比例的逐月变化,结果显示,过冷水云出现的时间占有云时间的9.84%,对于0^-40℃的云层,过冷水云出现的时间占11.99%。
【总页数】9页(P961-969)
【关键词】过冷水云层;微脉冲激光雷达;退偏振比;温度廓线
【作者】宋继烨;檀望舒;李成才;于营丽;李建;初奕琦
【作者单位】北京大学物理学院大气与海洋科学系;中国白城兵器试验中心
【正文语种】中文
【中图分类】P407
【相关文献】
1.基于微脉冲激光雷达的云识别个例分析 [J], 次仁曲宗;尼玛;扎桑
2.利用微脉冲激光雷达探测大气混合层高度和气溶胶垂直结构的初步研究 [J], 丁辉;牛生杰;张泽娇
3.凝汽器中的凝结水过冷却对设备性能的影响——控制凝结水过冷却能有效地节省
费用 [J], F.L.Yongblood;张世珣
4.利用星载激光雷达研究中国海及其周边海域的云层分布 [J], 魏书晓;吴东
5.利用星载激光雷达研究云层垂直结构及其分布 [J], 魏书晓;吴东
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