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武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究

在处于大约10-100Km高度的中层大气中存在着许多复杂的物理、化学和动力学过程,中层大气也是对太阳活动极为敏感的大气区域。中层大气内部的复杂变化会耦合到低层大气中,从而对全球气候的变化与人类生存环境产生影响。因此中层大气的研究具有重要意义。由于中层大气探测的困难,使得人们对中层大气的研究还很不充分。瑞利散射激光雷达的出现,在很大程度上改变了上述局面。中科院武汉物理与数学研究所(WIPM)在1995年成功地研制出了我国首台高空探测瑞利激光雷达,并在2001年对此瑞利激光雷达进行了升级,使其探测高度达到80km。本文对WIPM瑞利激光雷达的性能进行了评估,研究了激光雷达数据的反演方法,通过WIPM瑞利激光雷达对武汉上空的中层大气进行了观测和研究,取得以下结果:1:通过对不同中层大气观测仪器的比较评估了WIPM瑞利激光雷达的探测性能。WIPM瑞利激光雷达系统基本上可以忽略准直、强光感生噪声和多光子堆积等系统误差,表明WIPM瑞利激光  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)

北京上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究

瑞利激光雷达作为一种主动式光学遥感设备,可以精确探测30-80km范围内中层大气的温度和密度,提供高时空分辨率的连续观测数据,是探测和研究中层大气结构及变化趋势的有力手段。位于北京市延庆县(40.3°N,116.2°E)的子午工程北京双波长瑞利激光雷达在2009年11月份建成投入运行,用来探测北京上空中层大气的密度和温度结构。为克服光电倍增管可能出现的非线性效应,本文采用双通道拼接技术来反演35-90km范围内的大气密度廓线和35-85km范围内的大气温度廓线,反演算法的精度分析表明大气密度探测误差为1%~5%,大气温度探测误差为2~10K。本文将激光雷达反演温度与TIMED/SABER温度数据进行了同时同地的对比,验证了激光雷达系统和数据反演算法的可靠性。利用子午工程北京瑞利激光雷达从2012年5月至2013年4月一整年的温度观测数据,本文对北京上空中层大气进行了研究,结果表明中层大气温度结构具有明显的季节变化特征:平流层大气...  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)

纯转动拉曼—瑞利激光雷达中低空大气温度探测研究

大气温度是描述大气状态的一个重要气象参数。利用高时空分辨的激光雷达探测大气温度是大气热力学和动力学研究的一种有效手段。通过各个层段的大气温度连通性探测,对研究各大气层之间的能量传播以及人类活动对大气环境的影响都具有重要意义。本论文以中低空大气温度探测为研究目标,研制出了一套纯转动拉曼-瑞利激光雷达系统,实现了5-80 km范围的大气温度高精度探测;通过对数据的处理分析,提出了新的校准反演方法,同时对中低空大气温度的热结构和扰动特征进行了分析。主要研究内容如下:(1)本文主要完成了一套集成纯转动拉曼与瑞利两种测温机制的激光雷达系统的研制。该激光雷达系统的激光发射单元采用种子注入的Nd:YAG激光器二次倍频输出脉冲能量约300 mJ的532.106nm激光,通过碘分子稳频技术保证了中低空大气风场和温度的联合观测;接收单元采用1m口径的长焦卡塞格林式望远镜,通过收发精确匹配、高分辨光谱分光滤光优化设计以及分通道斩波技术,实现了转动拉曼...  (本文共145页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京信息工程大学
南京信息工程大学

南京上空中层大气瑞利激光雷达探测研究

本文对2年多时间里观测得到的南京上空中层大气瑞利激光雷达数据进行反演研究。通过分析确定了用小波对瑞利激光雷达数据进行降噪时应采用Birge-Massart策略进行阈值选取,使用软阈值方式进行阈值处理的结论。通过研究信号信噪比及不同参考点对温度廓线的影响,确定了在进行温度反演时将参考点选取在高度大于40km信噪比大于10的地方;反演了2009年12月19日19时大气密度廓线和温度廓线,反演结果与MSISE-90模式和AIRS卫星数据表现了较好的一致性,其中在30km-40km之间相对误差小于1%;处理获得2009年12月19日中层大气日平均温度廓线,与MSISE-90模式差距最大为5,验证了算法和系统的可靠性;对2009年12月19日19时20分至20时20分的中层大气连续观测数据进行反演,结果表明短时间内中层大气温度的总体趋势保持稳定;通过对比分析2010年至2011年3月至5月,2009年至2011年10月至12月之间的激光雷...  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院国家空间科学中心
中国科学院国家空间科学中心

北京上空低中间层逆温层现象探测研究

一直以来对北京上空中间层底部大气的温度探测较少。中间层逆温层是指发生在中低纬度区域中间层底部垂直厚度为~10km的逆温层,通常在逆温层下层出现正的温度垂直梯度。自40年前被首次报道后,此现象被各类设备频繁观测到。这一现象在冬半球中纬度发生得尤为频繁,观测显示此现象具有几千km的水平尺度。它可以通过影响发起稳定性、垂直混合、能量输送来影响中层大气动力过程。中间层逆温层现象通常发生在两个不同的高度:~70km(称为低中间层逆温层)和~95km(称为高中间层逆温层)。低中间层逆温层可以由瑞利激光雷达与卫星设备观测得到。本文首次研究了北京上空低中间层逆温层。北京延庆子午工程瑞利激光雷达(40.47°N,115.97°E)在2012年1月-2月,2012年5月-2013年4月持续探测。本文详细介绍了此激光雷达系统与温度数据及其误差反演方法。通过数据筛选,去掉因天气原因、误差精度原因、仪器精度原因造成的不准确数据,最终得到了141晚北京上空...  (本文共70页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
中国科学技术大学

地基激光雷达对临近空间大气的探测研究

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...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>