溫濕度在大氣很多化學和物理過程中起到重要的作用,也是非常重要的氣象參數(shù)。為實現(xiàn)邊界層附近溫濕度廓線探測,研制了一套基于高線分辨率分光光學系統(tǒng)的溫濕度廓線激光雷達系統(tǒng),并對純轉(zhuǎn)動拉曼探測信號進行校正,實現(xiàn)邊界層溫濕度廓線探測的目的。主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)研制了適用于邊界層高度的溫濕度廓線激光雷達系統(tǒng)。利用氮氣和氧氣純轉(zhuǎn)動拉曼信號反演溫度廓線,利用氮氣和水汽振動拉曼信號反演濕度廓線,系統(tǒng)同時探測532nm波長的瑞利-米散射信號。(2)完成了基于雙光纖雙視場的低盲區(qū)設計。本文給出了邊界層溫濕度廓線激光雷達主要組成部分的設計和考慮,為了滿足邊界層低盲區(qū)探測的需求,提出了雙光纖的雙視場光學系統(tǒng)設計,盲區(qū)可以壓制到60米范圍,達到了低盲區(qū)探測的目的。(3)研制了高線分辨率的測溫分光光學系統(tǒng)。純轉(zhuǎn)動測溫拉曼需要達到0.1nm每毫米的線分辨率,本文采用雙光柵設計應用非球面鏡來和長焦距聚焦鏡來實現(xiàn)邊緣成像球差的校正,達到對連續(xù)光譜提取的目的,實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的高線分辨能力探測目的。(4)研制了高精度的水汽分光光學系統(tǒng)。本文采用高刻線密度數(shù)的光柵進行分光,振動拉曼光譜的分辨率最高可以達到0.66nm;研制了多通道多波段調(diào)試光源,并利用它完成了分光光學系統(tǒng)的裝調(diào);完成了邊界層溫濕度廓線激光雷達收發(fā)光學系統(tǒng)同軸度調(diào)節(jié)方法,并驗證了系統(tǒng)設計方案的合理性。(5)研究了溫濕度反演算法和標定方法。定量測量了測溫分光光學系統(tǒng)各個通道的對瑞利-米散射信號抑制比,研究了從純轉(zhuǎn)動拉曼信號中剔除殘余米散射干擾的方法,對溫濕度廓線進行了標校,給出了測量結(jié)果的誤差分析。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN958.98
【部分圖文】：

紹大氣的垂直分層特性和邊界層大氣溫、濕度研究意義。逡逑１．邋１．邋１大氣垂直分層特性逡逑大氣層一般可分為：對流層、平流層、中間層、熱層和逃逸層＇如圖１．邋１。逡逑ｆＳＳ邋＇＇邋；？；＾Ｂ逡逑圖１．１大氣層結(jié)構(gòu)逡逑（１）對流層（Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ）逡逑該層大氣是對流層大氣熱能的主要來源，緊貼地面。大氣層的溫度隨高度的逡逑升高而下降，符合絕熱變化規(guī)律，平均溫度遞減率約為６．５°邋Ｃ／ｋｍ［３］，空氣上下逡逑對流活動較強，是大氣中最活躍的一層，天氣現(xiàn)象和過程大部分發(fā)生在這層。地逡逑面兩三公里之內(nèi)常又被人們稱為邊界層，該層受地表狀況影響比較復雜而且大氣逡逑活動比較活躍，天氣現(xiàn)象和過程主要在這層產(chǎn)生，也是氣溶膠、水汽和多種污染逡逑物成分等物質(zhì)的活動邊界。邊界層頂至對流層頂?shù)拇髿饩哂袑α鲗拥囊话闾卣�，逡逑被稱為自由對流層，那里的空氣相對比較干凈，在探測其它參量時不會受到氣溶逡逑膠的干擾。對流層頂在中緯度地區(qū)平均位于ｌ0＿１２ｋｍ附近

紹大氣的垂直分層特性和邊界層大氣溫、濕度研究意義。逡逑１．邋１．邋１大氣垂直分層特性逡逑大氣層一般可分為：對流層、平流層、中間層、熱層和逃逸層＇如圖１．邋１。逡逑ｆＳＳ邋＇＇邋；？；＾Ｂ逡逑圖１．１大氣層結(jié)構(gòu)逡逑（１）對流層（Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ）逡逑該層大氣是對流層大氣熱能的主要來源，緊貼地面。大氣層的溫度隨高度的逡逑升高而下降，符合絕熱變化規(guī)律，平均溫度遞減率約為６．５°邋Ｃ／ｋｍ［３］，空氣上下逡逑對流活動較強，是大氣中最活躍的一層，天氣現(xiàn)象和過程大部分發(fā)生在這層。地逡逑面兩三公里之內(nèi)常又被人們稱為邊界層，該層受地表狀況影響比較復雜而且大氣逡逑活動比較活躍，天氣現(xiàn)象和過程主要在這層產(chǎn)生，也是氣溶膠、水汽和多種污染逡逑物成分等物質(zhì)的活動邊界。邊界層頂至對流層頂?shù)拇髿饩哂袑α鲗拥囊话闾卣�，逡逑被稱為自由對流層，那里的空氣相對比較干凈，在探測其它參量時不會受到氣溶逡逑膠的干擾。對流層頂在中緯度地區(qū)平均位于ｌ0＿１２ｋｍ附近

第１章逡逑地大氣邊界層有著輪廓分明和循環(huán)變化的規(guī)律，如圖１．邋３所以分為ｈｎｌ：混合層（ＭＬ，邋Ｍｉｘｅｄ邋Ｌａｙｅｒ邋或邋ＣＢＬ，Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ殘留層（ＲＬ，Ｒｅｓｉｄｕａｌ邋Ｌａｙｅｒ）和穩(wěn)定邊界層（ＳＢＬ，ＳｔａｂｌｅＮＢＬ，Ｎｏｃｔｕｒｎａｌ邋Ｂｏｕｎｄａｒｙ邋Ｌａｙｅｒ）。若有云存在時，混合為云層和云下層。由于近地大氣邊界層底部的湍流通量和應量級�。保埃�，所以底部１０％無論是混合層還是穩(wěn)定層都稱為近２「逡逑

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本文編號：2810496