雷射大氣遙感

雷射大氣遙感是利用雷射探測大氣的技術和方法，是主動式大氣遙感的一種類型，由這種散射波的強度、角分布和偏振特性以及它們對波長的依賴關係，可以反演大氣氣溶膠特性及其時空分布，並進而由氣溶膠的不均勻結構或散射波的都卜勒頻移，測量大氣湍流和平均風場。

基本介紹

• 中文名：雷射大氣遙感
• 利用：光探測大氣的技術和方法
• 類型：主動式大氣遙感
• 特點：相干性、單色性和方向性

基本簡介

利用雷射探測大氣的技術和方法，是主動式大氣遙感的一種類型。雷射具有很好的相干性、單色性和方向性，在大氣遙感中有獨特的優點。

1962年義大利G.菲奧科等人研製了第一台探測高層大氣的雷射雷達，1963年美國斯坦福研究所研製了第一台探測對流層的雷射雷達。中國第一台對流層氣象雷射雷達於1966年研製成功(見彩圖)。

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種。雷射在大氣中的散射,主要是瑞利散射和米散射，它們均屬彈性散射。由這種散射波的強度、角分布和偏振特性以及它們對波長的依賴關係，可以反演大氣氣溶膠特性及其時空分布，並進而由氣溶膠的不均勻結構或散射波的都卜勒頻移，測量大氣湍流和平均風場。另一種散射是拉曼散射，其散射截面比分子的瑞利散射弱3個量級，比氣溶膠的米散射弱3～21個量級。拉曼散射的散射波長和入射波長不同，兩者的光子能量之差和氣體分子的固有能級相對應，因而分析拉曼散射光譜，可以判定大氣中多種氣體的成分及其混合比（見大氣散射）。
吸收法

選擇某種氣體成分的一條特定吸收線，發射在吸收線上和線外的兩種波長的雷射，由這兩種波長的雷射在同一光路中大氣衰減的差異，測出該種氣體的絕對含量，這種方法稱為差分吸收法。用這種方法測氣體含量，靈敏度比拉曼散射法高4～5個數量級，可以遙感極微量的大氣成分。由於氣體吸收光譜的特性依賴於溫度和氣壓，用差分吸收法還可以遙感溫度鉛直分布和地面氣壓。
螢光法

大氣分子或原子吸收雷射後被激發到高能態，其中一部分由高能態回到低能態時，能量以自發發射（螢光）方式釋放出來。螢光光譜決定於分子結構和原子結構，而螢光量子效率在稀薄氣體中較高，因而發射波長處於某種成分吸收線（帶）上的雷射，測定共振螢光光譜的方法，適用於高層大氣中鈉和鉀等成分的探測。
儀器　根據以上原理，已研製成多種氣象雷射雷達（見圖表）。　除雷射氣象雷達外，還有用可調諧雷射器作為本振源的、具有極高光譜解析度的外差式輻射計，用雷射拉曼散射法和共振螢光法測大氣成分，用全息照相法測雲滴譜等就地測量的儀器。
參考書目
E.D.Hinkley，ed.，Laser Monitoring of the Atmosphere，Springer-Verlag，Berlin，1976.