基於斯托克斯參量雷射雷達的捲雲散射特性測量研究

基於斯托克斯參量雷射雷達的捲雲散射特性測量研究

《基於斯托克斯參量雷射雷達的捲雲散射特性測量研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院,由王珍珠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

  • 中文名:基於斯托克斯參量雷射雷達的捲雲散射特性測量研究
  • 項目類別:青年科學基金項目
  • 項目負責人:王珍珠
  • 依託單位:中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

捲雲在全球的覆蓋率接近40%,它既吸收地面長波輻射,又反射太陽短波輻射。因此,捲雲對天氣和氣候有著重要影響。捲雲的散射特性與其粒子的形態有著重要的關係,傳統偏振雷射雷達通過測量退偏振比來表征捲雲粒子形態特徵,其對捲雲散射特性描述不夠充分,容易對有序取向的捲雲粒子造成誤判。基於斯托克斯參量雷射雷達技術,可以較全面的描述捲雲散射特性。國外斯托克斯參量雷射雷達技術尚在研究發展中,而國內鮮見報導。本項目將在現有雙通道偏振探測雷射雷達的基礎上進行技術改造,實現對捲雲後向散射光的四個斯托克斯參量的完全測量;基於雷射雷達技術參數和幾何光學方法仿真計算,分析捲雲的形態參數與雷射雷達測量的斯托克斯參量的敏感性,建立斯托克斯參量與捲雲形態特徵的關係;最後通過雷射雷達外場觀測實驗,測量不同條件下捲雲散射特性,並與理論計算結果相驗證,實現斯托克斯參量雷射雷達區分實際捲雲粒子的形態特徵。

結題摘要

捲雲在全球的覆蓋率接近40%,它既吸收地面長波輻射,又反射太陽短波輻射。因此,捲雲對天氣和氣候有著重要影響。捲雲的散射特性與其粒子的形態有著重要的關係,傳統偏振雷射雷達通過測量退偏振比來表征捲雲粒子形態特徵,其對捲雲散射特性描述不夠充分,容易對有序取向的捲雲粒子造成誤判。基於斯托克斯參量雷射雷達技術,可以較全面的描述捲雲散射特性。本項目在現有雙通道偏振探測雷射雷達的基礎上進行了技術改造,實現對捲雲後向散射光的四個斯托克斯參量的測量;從理論上仿真計算,分析捲雲的形態參數與雷射雷達測量的斯托克斯參量的關係,建立了斯托克斯參量與捲雲形態特徵的關係;通過雷射雷達外場觀測實驗,測量不同條件下捲雲散射特性,並與理論計算結果相驗證,初步實現利用斯托克斯參量雷射雷達研究和區分實際捲雲粒子的形態等微物理特徵。實施過程中,利用雷射雷達系統對典型捲雲結構、雲相態、捲雲光學厚度等特性進行的研究,包括雷射雷達近距離幾何因子的校正(探索出新的幾何因子修正技術方法)、偏振通道的增益因子的標定、信號信噪比的考查、探測信號通道的線性的考查等性能;從物理光學的角度,計算了捲雲後向散射的色比、退偏比以及雷射雷達比等微物理特性,並與測量的結果比較(一致性很好),捲雲冰晶粒子的形狀和取向狀態影響其微物理特性;首次從理論上計算了在高度角與方位角選擇取向的六角形冰柱和冰片兩種冰晶類型的後向散射穆勒矩陣;上述結果為實驗研究和參數化提供依據和指導。

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