钠测温测风激光雷达自动准直技术及平流层重力波研究

摘要

激光雷达技术已成为大气探测的一种重要手段。为保证探测数据的可靠性，激光雷达发射系统光轴与接收系统光轴的准直工作是必不可少的。高精度激光雷达自动准直系统的研制是提高激光雷达自动化程度与工作效率的有效手段。同时，利用瑞利激光雷达技术可进行中层大气密度、温度的探测，对研究重力波活动有重要意义。
　　 本论文内容主要包括中科大高光谱分辨率钠激光雷达自动准直系统的研制与合肥地区重力波的激光雷达观测两部分。首先，阐述了激光雷达的大气探测的基本原理与基本结构，介绍了中国科技大学高光谱分辨率钠测温测风激光雷达的结构特点与技术特征。其次，结合实际情况，设计了利用回波信号进行信号追踪、单轴扫描准直、矩阵扫描准直的自动准直方案，并详细叙述了该自动准直系统的硬件、软件系统设计与实现过程，准直结果表明该系统达到预期设计目标。最后，使用中科大高光谱分辨率钠激光雷达2011年10月至2012年4月共41个夜晚和中科大瑞利-钠荧光双波长激光雷达2011年52个夜晚的瑞利信号观测数据进行合服地区(31.9°N，117.17°E)30km至45km大气密度、温度的反演，并通过大气温度的相对扰动，计算了重力波有效势能密度以及对应功率谱，结果表明该高度区域内重力波波数谱幅度低于理论饱和值，其垂直波长一般情况下为8-9km，但也存在多个短波长垂直波动占主要成份的情况。另外，我们对2011年3月29日晚激光雷达观测的山地重力波传播的个例，结合WRF大气模式和ECMWF的结果进行了分析。