激光大气遥感（激光大气遥感）

正文

利用激光探测大气的技术和方法，是主动式大气遥感的一种类型。

激光具有很好的相干性、单色性和方向性，在大气遥感中有独特的优点。1962年意大利G.菲奥科等人研制了第一台探测高层大气的激光雷达，1963年美国斯坦福研究所研制了第一台探测对流层的激光雷达。中国第一台对流层气象激光雷达于1966年研制成功(见彩图)。

方法和原理

　散射法　主要有瑞利散射法、米散射法和拉曼散射法3种。激光在大气中的散射，主要是瑞利散射和米散射，它们均属弹性散射。由这种散射波的强度、角分布和偏振特性以及它们对波长的依赖关系，可以反演大气气溶胶特性及其时空分布，并进而由气溶胶的不均匀结构或散射波的多普勒频移，测量大气湍流和平均风场。另一种散射是拉曼散射，其散射截面比分子的瑞利散射弱3个量级，比气溶胶的米散射弱3～21个量级。拉曼散射的散射波长和入射波长不同，两者的光子能量之差和气体分子的固有能级相对应，因而分析拉曼散射光谱，可以判定大气中多种气体的成分及其混合比（见大气散射）。

吸收法　选择某种气体成分的一条特定吸收线，发射在吸收线上和线外的两种波长的激光，由这两种波长的激光在同一光路中大气衰减的差异，测出该种气体的绝对含量，这种方法称为差分吸收法。用这种方法测气体含量，灵敏度比拉曼散射法高4～5个数量级，可以遥感极微量的大气成分。由于气体吸收光谱的特性依赖于温度和气压，用差分吸收法还可以遥感温度铅直分布和地面气压。

荧光法　大气分子或原子吸收激光后被激发到高能态，其中一部分由高能态回到低能态时，能量以自发发射（荧光）方式释放出来。荧光光谱决定于分子结构和原子结构，而荧光量子效率在稀薄气体中较高，因而发射波长处于某种成分吸收线（带）上的激光，测定共振荧光光谱的方法，适用于高层大气中钠和钾等成分的探测。

仪器

　根据以上原理，已研制成多种气象激光雷达（见图表）。

除激光气象雷达外，还有用可调谐激光器作为本振源的、具有极高光谱分辨率的外差式辐射计，用激光拉曼散射法和共振荧光法测大气成分，用全息照相法测云滴谱等就地测量的仪器。

参考书目

E.D.Hinkley，ed.， Laser Monitoring of the Atmosphere，Springer-Verlag，Berlin，1976.

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