本文選題：激光雷達 + 差分吸收��； 參考：《中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)》2016年博士論文

【摘要】：水汽是地球大氣層中唯一存在相變的物質(zhì),在許多大氣物理與化學過程中都起到很重要的作用;在對流層,水汽影響氣溶膠和云層的形成,而且其濃度及分布隨地域、季節(jié)、晝夜、海拔高度的變化很大,對氣象和氣候會產(chǎn)生重大影響。因此,得到高精度、高時空分辨率的水汽濃度廓線數(shù)據(jù)對于氣象和氣候研究有非常大的幫助,采用差分吸收激光雷達作為探測設(shè)備是一種非常好的選擇。針對大氣水汽探測差分吸收激光雷達技術(shù)開展了關(guān)鍵技術(shù)研究,并研制了一套基于935nm波段的實驗系統(tǒng),為其以后的工程應用奠定了基礎(chǔ)。首先進行了詳細的理論推導,分析了引起濃度測量誤差的各因素及誤差的計算方法;結(jié)合上海地區(qū)的氣候,對935nm附近三個吸收峰在夏季和冬季的探測性能進行了仿真,結(jié)果表明波長為935.906nm的吸收峰適合于夏季探測,波長為935.776nm的吸收峰適合于冬季探測。然后設(shè)計了一套基于935nm的地基實驗系統(tǒng),分析了系統(tǒng)各部分的工作原理與性能參數(shù),研制了其關(guān)鍵部件并進行了性能測試實驗;并提出了一種脈沖間隔掃描式激光頻率穩(wěn)定方法,實驗表明其穩(wěn)頻精度30MHz,可以滿足本系統(tǒng)的需求。接著討論了雷達回波信號的處理算法,并開發(fā)了基于Lab VIEW的處理軟件,可以實時反演出水汽濃度廓線并存儲實驗數(shù)據(jù)。實驗獲得了上海地區(qū)對流邊界層的水汽濃度廓線數(shù)據(jù),在時間分辨率為60s,距離分辨率為30m時,白天和夜晚在高度600m至對流邊界層頂?shù)姆秶鷥?nèi)隨機測量誤差均小于0.1g/m3,與附近氣象觀測站無線電探空儀數(shù)據(jù)的對比結(jié)果證明了雷達數(shù)據(jù)的有效性。
[Abstract]:Water vapor is the only material in the earth's atmosphere that has phase transitions and plays an important role in many atmospheric physical and chemical processes. In the troposphere, water vapor affects the formation of aerosols and clouds, and its concentration and distribution vary with the region, season, and season. Day and night, altitude changes a lot, will have a major impact on meteorology and climate. Therefore, it is very helpful for meteorological and climate research to obtain high accuracy and high spatial and temporal resolution water vapor profile data. It is a good choice to use differential absorption lidar as detection equipment. The key technology of differential absorption lidar for atmospheric water vapor detection is studied, and a set of experimental system based on 935nm band is developed, which lays a foundation for its future engineering application. Firstly, the detailed theoretical derivation is carried out, the factors causing the error of concentration measurement and the calculation method of the error are analyzed, and the detection performance of the three absorption peaks near 935nm in summer and winter are simulated according to the climate in Shanghai. The results show that the absorption peak with 935.906nm wavelength is suitable for summer detection and the absorption peak with 935.776nm wavelength is suitable for winter detection. Then, a foundation experiment system based on 935nm is designed, the working principle and performance parameters of each part of the system are analyzed, the key parts are developed and the performance test experiment is carried out. A pulse interval scanning laser frequency stabilization method is proposed. The experimental results show that the frequency stabilization accuracy is 30 MHz, which can meet the needs of the system. Then, the processing algorithm of radar echo signal is discussed, and the processing software based on LabVIEW is developed, which can invert the water vapor profile and store the experimental data in real time. The data of water vapor concentration profile in the convective boundary layer of Shanghai area are obtained experimentally. When the time resolution is 60 s and the distance resolution is 30 m, The random measurement error is less than 0.1 g / m ~ 3 between day and night in the range from 600 m to the top of the convective boundary layer. The comparison with the radiosonde data of the nearby meteorological observation station proves the validity of the radar data.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN958.98

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本文編號：2114597