激光雷达在气象和大气环境监测中的应用探讨

摘 要：激光雷达属于现阶段应用较为广泛的现代化光学遥感工具，其主要是通过将以往的雷达技术还有现阶段的激光技术有机的整合在一起造就了激光雷达的技术。本文主要论述了关于激光雷达系统在气象以及大气环境监测上的有效应用，着重探究了利用激光雷达对于气象还有大气环境中的多种元素的数据的快速监测的技术同时深层次的探究其现阶段存在的问题以及将来的发展方向。

关键词：激光雷达;大气环境;气象;应用

前言

对于激光雷达来讲其发展历史仅数十年，但伴随着科技的快速发展激光雷达技术得到了快速的發展与进步，由于激光雷达其体积相对较小，在防干扰方面相对良好、方向性能良好、波长短等方面的特点，故而在空间分辨方面的能力较强并且拥有良好的抗干扰性能以及较强的灵敏度。所以可以做到对现阶段的大气以及陆地和海洋展开精度遥感探测方面有着较强的功效。特别是对于大气环境监测还有气象方面有着极为强大的功效。

一、关于激光雷达的特点和类别

1.1关于激光雷达的特点

对于激光雷达技术其在技术方面要素的要求性对较为严谨，其主要关联到激光光源、激光发射以及接受还有机械系统等方面，一定要有效的利用脉冲技术从而使其可以进入连续工作的状态。激光雷达利用脉冲或是连续波两种工作状态。对于其探测方式来讲其整体上可以区分为直接探测还有外部探测，经过发射特定的频率的激光脉冲，可以把短激光脉冲传送到大气层，顺着轨迹能够发现，激光慢慢的受小粒子的影响被散射。反向散射被激光雷达系统中，然后通过监测器进行接受，获取信号以后，通过对采集的收集进行处理，从而获取最终的成果。由于光的自然特性顺着空间信息被监测之后，获取大气中的粒子还有分子以后，可以满足信号的移动，其在分辨能力以及抗干扰方面有着良好的效果。

1.2关于激光雷达的类别

受信息技术的快速发展的影响，激光雷达的种类也逐渐的增多。在其对大气环境监测阶段，其中地基固定形式的激光雷达以及车载类型的激光雷达其向着网格化的方向发展，对于车载激光雷达来讲其在多数发达国家的使用过程中有着良好的成效，多数空间激光雷达适用范围得到了扩展。其监测的主体主要以二氧化硫还有臭氧等，在探测阶段保持高灵敏度，受吸收方式还有米氏反向散射法的实际需求，激光器主要是以半导形式为主，激光器的发展方向是利用半导体激光器泵浦的全固化激光器。

二、激光雷达对于气溶胶和云的探测

对于气溶胶来讲其主要指的是液化状态或者固态状态微粒在大气环境之中展现的均匀呈现的状态时所构成的极为稳定状态的一种悬浮体系。虽然此类颗粒在大气环境中的含量较低，然而其所造成的影响相对较大。气溶胶经过吸收以及散射太阳光的辐射还有地球的长波辐射从而影响到地球至大气系统在辐射方面的接受与散射，其属于凝结核并且是云成型的重要元素，以此对部分区域甚至是整个地球的气候有着极为重要的影响效果;对于大气辐射的平衡来讲云层对其有着相对较大的影响作用，并且对气候有最为直接的影响，同时其变化对于天气的变化有着预示的作用同时对天气的变化起到一定的调节作用，因为云的存在对于气候的变化有着相对较大的影响，对于云的分析与探究目前受外界的关注度较高。边界层高度属于大气边界层的主要参数，如何快捷有效地明确边界层的高度还有精准监测其发生变化的阶段，对于大气中的污染源的传播和预报均有着极为重要的意义。

对于大气环境中的云的形成还有光化学反应和地球辐射平衡有着重要的影响作用。现阶段利用激光雷达对于沙尘、雾霾等不同种类的气溶胶的垂直分布、时间空间中的变化以及浓度、传播等层面展开了有效的探测。多数的区域均已经构建起了雷达观测网络，激光雷达对于气溶胶还有云层以及边界层的测量上相对于其他形式的探测技术有着相对较大的优势。

三、关于激光雷达对温度的探测

对于气象来讲温度属于较为重要的一个参数，大气环境中温度对于天气等方面有着严重的影响，依据当前的温度检测手段可以了解到，有效的使用分辨率较高的激光雷达，可以精准的获取其相关的信息。拉曼激光雷达能够在温度探测中得到有效的应用，该手段可以归为振动还有转动两类，能够有效的利用氮气以及氧气分子，根据转动谱线强度还有温度关系测量为根基，能够利用双波长转动拉曼散射理论满足对温度的探测。

四、激光雷达对于能见度的监测

能见度的良好与否能够直观的显示出大气环境的质量的好坏，并且与人们的社会活动有着一定的关联，特别是对于人们的出行有着一定的限制作用。一旦能见度低，将会对人们的活动带来许多的不便。所以对于能见度的监测能够对大气环境质量的探究有着重要的意义。通过使用激光雷达进行对能见度予以监测，按照大气能见度的实际要求可以了解到，为了更为准确的了解大气对传输的状态，应当把其作为有效手段，根据能见度还有倾斜度展开有效的评价。

五、关于大气动力学相关参数的探测

采用激光雷达探测出有关大气动力学上的参数通常有：大气环境中的温度、重力波还有风等方面。对于距离地面80千米至120千米的中间顶层部，以及电离层底部等均拥有大量的有关金属蒸汽层。把该层中的金属原子视为示踪物展开大气动力学层面的探索，就现阶段来讲属于较为有效的办法。通过利用共振荧光相关的激光雷达探测进行对大气温度、重力波还有风的探测。在展开对大气温度的探测还可以利用瑞利散射等手段，采用该种手段的激光雷达称为瑞利散射激光雷达。雷达通过采用对大气分子的瑞利散射展开有效的探测，设定大气保持静力学平衡，根据理想气体状态相关方程，以此演算出大气的实际温度，一般情况下探测区域在30千米至80千米高度区域的有关中层大气，根据一些气体分子的纯转动关联的拉曼散射强度是温度的有关函数关系，利用对此类气体分子具体转动拉曼散射的实际强度展开测量，并且也可以测量对流层中的温度。

六、结束语

现阶段我国激光雷达方面的技术也在不断的发展，并且向着更为精准的程度发展，激光雷达的探测空间区域以及实践方面有了深层次的发展。并且激光雷达技术随着技术的不断发展以及社会发展的要求应用逐渐得到推广。同时伴随着世界上各个区域的激光雷达数据的累积，其一定会对气象以及大气环境监测中发挥更大的作用。

参考文献 ：

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[3]赵一鸣，李艳华，商雅楠，李静，于勇，李凉海.激光雷达的应用及发展趋势[J].遥测遥控，2017（05）：127.

作者简介：

胡哲，出生年月：1986年10月23，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：黄冈英山，当前职务：监测室主任，当前职称：初级工程师，学历：本科，研究方向：环境监测.