双波长激光雷达探测雨强原理分析

一、引言 利用单波长激光雷达,在大气气溶胶消光系数已知的条件下,可探测降雨的消光系数,从而进一步获得几公里范围内的雨强分布。因此,利用单波长激光雷达探测雨强时,必须在下雨前或雨停后,由激光测定气溶胶消光系数的平均值,並假设在降雨期间其值不变。显然,这种方法局限性较大,往往与实际不符。本文提出的双波长激光雷达探测雨强原理,有助于克服上述不足,使激光探测雨强更符合实际些。     

能见度与相对湿度的关系

本文通过光散射理论计算,分析了大气消光系数(削弱系数)与相对湿度的关系,并与观测实例进行了比较。由此提出在一定条件下,根据相对湿度的未来变化预报气象能见度的可能性。 气象能见度对交通运输和光学探测等一系列实际问题均具有重要意义,是气象台站的常规观测项目之一。     

激光测云

本文概述国内外激光测云的现状。介绍了激光测云高、云厚和层次;激光探测云的演变、云的波动和云中不均匀结构;激光探测云滴谱及消光系数等研究结果。并简要展望了激光在气象探测中的广阔前景。     

激光遥测大气消光系数的误差分析

激光遥测大气消光系数分布的主要方法,是假设大气消光系数与大气体后向散射微分截面之比值k为常数,并取激光实测的地面值,然后由解光雷达方程求得。本文将讨论由于大气气溶胶物理属性随高度变化以及大气分子散射的作用,使比值k产生相应变化,并分析由此引起大气消光系数的探测误差。     

激光遥测大气气溶胶的尺度谱分布

在采用Deirmendjian气溶胶谱分布模式条件下,利用多波长激光雷达所探测的气溶胶消光系数,通过与Mie散射理论计算的气溶胶消光系数拟合的方法,可获得气溶胶的尺度谱分布。     

沙尘暴的光学遥感及分析

本文根据激光雷达和光度计综合探测的结果，结合气象背景资料分析了1988年4月北京地区三次沙尘暴过程气溶胶物理光学特性及其远距离输送时的垂直结构。这三次尘暴主要来源于内蒙的沙漠和黄土地区，根据激光探测消光系数垂直分布资料，在4月11日，沙尘粒子有3个不同的输送带，其中两个输送带的高度处于 2000—3000 m和3000—6000 m，另一个输送带的下边界高度约为200 m，其高度结构密切依赖于风场的垂直结构。根据多波长太阳光度计和半球辐射计的观测结果，尘暴期间大气柱沙尘总光学厚度在0.3至15之间变化，峰值光学厚度比平时偏大约一个数量级，在0.65 μm波长，在4月11日测量的气溶胶一次散射反照率均值为0.85。     

地基遥感联合反演大气边界层高度与ERA5再分析资料比对分析

利用北京国家综合气象探测试验基地超大城市观测试验建设的地基垂直遥感设备(激光气溶胶雷达、微波辐射计及风廓线雷达),使用2021年5—8月的观测资料,根据不同设备的探测优势以及边界层的日变化规律,利用激光气溶胶雷达、微波辐射计、风廓线雷达观测资料进行联合反演,得到全天候大气边界层高度。并将联合反演所得的边界层高度与探空资料计算及ERA5再分析资料提供的全天候大气边界层高度进行比较,发现:联合反演边界层高度与ERA5数据提供的大气边界层高度有较好的一致性;激光气溶胶雷达适用于白天对流边界层的观测,微波辐射计适用于夜间稳定边界层的观测,使用微波辐射计与风廓线雷达联合反演大气边界层高度可以改善弱降雨时单设备的反演结果;联合反演的大气边界层高度结果与单设备反演大气边界层高度均符合大气边界层的日变化规律;得到的联合反演边界层高度与探空数据计算得到的大气边界层高度差值的标准偏差为62 m,相较于ERA5数据提供的一定范围内大气边界层高度均值,联合反演边界层高度能更精准地反映更小范围内的大气边界层高度。     

合肥市郊低层大气的激光雷达探测研究

利用L300米散射激光雷达对合肥市郊大气边界层进行长期系统观测.分析讨论了大气边界层气溶胶消光系数与温度、湿度的关系, 大气边界层气溶胶消光系数垂直分布和时间变化的主要特征, 给出了激光雷达探测的大气边界层高度的统计特征及其与无线电气象探空仪探测大气边界层高度的比较结果.     

低层大气光学厚度的一些特征

本文利用定时激光探测资料,分析了华北秋季晴天低层大气分层光学厚度的一些特征,并对大气光学厚度的计算方法和误差因素进行了讨论.初步分析结果表明:(1)低层大气光学厚度与气团属性有很密切的关系;(2)在白天,随对流发展、气溶胶由下向上输送的高度可超过3公里,最大输送在2公里以下;(3)消光系数的垂直结构具有明显的日变化;(4)光学厚度与地面水平能见度不呈简单的对应关系.     

Ka波段固态发射机体制云雷达和激光云高仪探测青藏高原夏季云底能力和效果对比分析

激光云高仪和云雷达是探测云底的两种设备,但其探测能力和探测结果有一定的差异,对比分析两种设备的测云效果有助于正确认识它们的探测优势,推进我国云雷达在云探测中的应用。本文提出了基于云雷达数据的云底和云顶高度分析方法,利用2014年夏季第三次青藏高原大气科学试验云雷达、激光雷达和激光云高仪数据,统计了三种设备探测青藏高原低云、中云和高云的云底高度偏差、探测率,分析了激光云高仪探测云底偏高的原因,根据探测结果提出了固态发射机体制雷达探测青藏高原低云的优化观测模式,模拟分析了探测效果。结果表明:（1）云雷达对高云的探测能力要明显优于激光云高仪,但其对低云的探测能力有待改进,激光云高仪探测云底下部的边界层内的云雷达回波信号可能是非云降水回波;低层云的遮挡作用明显降低了激光云高仪对多层云的观测能力;与激光云高仪相比,云雷达仍然会漏掉一些高云和中云。（2）激光云高仪探测的中云和高云的云底很多在云雷达回波内部,云雷达和激光云高仪观测的云底的时空对应关系比较差。（3）增大激光发射功率和优化固态发射机体制云雷达观测模式可提高云的观测能力,微波和激光雷达数据融合可全面了解不同类型云的宏观特征。这一工作为云雷达和激光雷达数据的应用,评估激光云高仪和云雷达探测青藏高原云的能力,讨论设计优化的云观测方案,为推进我国云观测技术的发展提供了重要参考依据。