基于相干多普勒测风激光雷达的南极中山站低空大气风场应用研究

摘要

极区大气作为整个地球大气系统中的重要组成部分,其风场结构与变化关系到全球大气系统的运动。为更好地研究南极低空大气风场特性及其时空变化特征,在中国第36次南极科学考察度夏期间,山东省科学院海洋仪器仪表研究所将研制的相干多普勒测风激光雷达部署到南极中山站,经过现场安装调试,激光雷达从2020年1月8日正式开展业务化观测。观测结果表明,该系统具有灵敏度高、精度高和稳定性高等特点,可对低空大气风场进行高时空分辨率、全天时的观测。文章主要介绍了该系统的测量原理、结构设计、技术指标、数据反演方法等,并分析了该系统与L波段GTS1型数字探空仪的比对观测数据。统计表明两者的风速相关系数为0.907,标准差0.565 m·s^(−1);风向相关系数为0.832,标准差6.02°,比对结果良好,验证了该系统所采集测风数据的可靠性。此外,选取了南极中山站一次典型连续观测事例,进行了分析研究。选取部分观测数据与地面站气象数据进行比对,结果显示该系统可提供稳定可靠的风场观测数据,为南极低空大气探测提供全新的观测手段。