纯转动拉曼激光雷达测量北京地区对流层大气温度廓线研究

在气象探测中,获得低空大气中的温度、湿度等参量随高度和时间的分布变化对掌握天气趋势、提高天气预报的准确性至关重要。本项目选用纯转动拉曼激光雷达进行北京地区对流层大气温度分布廓线研究，纯转动拉曼激光雷达能够克服近地面气溶胶的影响，实现近端纯转动拉曼散射信号的有效提取，这一点是瑞利激光雷达和振动拉曼激光雷达所不能比拟的。本项目利用中国气象局气象探测中心的业务探空数据与激光雷达测温数据进行连续大量对比，通过选择合适的定标高度，提出新的定标方法和温度廓线拟合方法，进行误差统计，完成激光雷达系统标定工作。同时对采集的拉曼散射信号进行分析处理，包括采用中值滤波、小波分析等一系列处理方法，提高激光雷达信噪比，并提出新的温度反演方法，提高激光雷达温度反演精度。通过激光雷达数据与无线电气球探空数据充分的对比，从而验证雷达系统的稳定性和可靠性，累积二者温度探测的对比资料，为激光雷达进行气象业务探测奠定基础。

在气象探测中，获得低空大气温度、湿度等要素廓线对掌握天气趋势、提高天气预报准确性至关重要。本项目选用纯转动拉曼激光雷达进行北京地区对流层大气温度廓线研究，纯转动拉曼激光雷达能够克服近地面气溶胶的影响，实现近端纯转动拉曼散射信号的有效提取，这一点是瑞利激光雷达和振动拉曼激光雷达所不能比拟的。本项目利用中国气象局的高空业务探空数据与激光雷达测温数据进行连续比对试验，开展了如下三方面的工作：一是通过选择合适定标高度，提出新的定标方法和温度廓线拟合方法，完成激光雷达系统的准确定标工作，同时对激光雷达系统采集的拉曼散射信号利用小波分析方法进行处理，提高激光雷达信噪比，并提出纯转动拉曼激光雷达温度二次反演方法，提高激光雷达系统温度测量反演精度。二是进行纯转动拉曼激光雷达误差溯源和校正方法研究，开展激光雷达雷达系统误差统计研究，充分考虑纯转动拉曼激光雷达系统几何因子、雷达测量温度反演方法、雷达采集系统延时误差对雷达系统测量结果的误差影响，并提出相应的校正方法，提高激光雷达系统的测量准确度。三是通过激光雷达数据与无线电探空数据进行充分的对比，进一步验证雷达系统的稳定性和可靠性，累积二者温度对比试验观测资料，建立对比观测试验数据库，为激光雷达进行气象业务探测奠定基础。以上研究内容均已完成，项目研究过程中将激光雷达系统的定标高度选择为1.5—9km高度段，利用新的反演方法得到的反演结果绝对误差由1.41减小到1.08K，大大提高了反演精度，同时考虑几何因子修正后的反演效果在低空范围内明显优于传统的反演方法，改进后的反演方法有效地提高了激光雷达的探测精度，通过项目的执行，共累计252次激光雷达与无线电探空的有效对比观测数据。