武大團(tuán)隊(duì)突破技術(shù)瓶頸 全球首臺超精準(zhǔn)測量大氣溫度廓線的大型激光雷達(dá)問世
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，武漢大學(xué)電子信息學(xué)院及湖北武漢大氣遙感國家野外科學(xué)觀測研究站(野外站)易帆教授團(tuán)隊(duì)在大氣溫度廓線探測領(lǐng)域取得了重大突破。其最新研究成果——全球首臺可實(shí)現(xiàn)近地面至平流層全天時(shí)精準(zhǔn)溫度測量的激光雷達(dá)，于12月3日在美國光學(xué)學(xué)會(huì)旗下雜志Optics Express在線發(fā)表。論文題為“Pure rotational Raman lidar for accurate profiling of atmospheric temperature and aerosol/cloud backscatter coefficients”。
大氣溫度是眾多氣象和環(huán)境科學(xué)研究中的核心參數(shù)，對數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候變化評估、大氣熱動(dòng)力學(xué)及大氣化學(xué)等領(lǐng)域至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)純轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼激光雷達(dá)在探測大氣溫度時(shí)存在精度有限的問題，制約了其廣泛應(yīng)用。針對這一挑戰(zhàn)，易帆教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)年潛心研究，發(fā)現(xiàn)提取單支氮分子轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼譜線可以顯著提高溫度測量的準(zhǔn)確性，是解決這一難題的最優(yōu)技術(shù)方案。
為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了窄帶濾光片+Fabry-Perot干涉儀組合的超窄帶濾光系統(tǒng)，成功攻克了單支氮分子轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼譜線提取的核心技術(shù)難關(guān)。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)研制出了全球首臺能夠?qū)崿F(xiàn)從近地面至平流層(白天1-21公里，夜晚1-35公里)全天時(shí)精準(zhǔn)溫度測量的激光雷達(dá)。該雷達(dá)的時(shí)間分辨率達(dá)到1小時(shí)，空間分辨率為150米，在溫度測量精度方面，夜晚21公里高度(白天為11公里)以下誤差優(yōu)于2攝氏度，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
自2012年提出原理方案以來，該團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十年磨礪，不斷攻克技術(shù)難關(guān)，最終在2022年成功推出可用于常規(guī)探測的激光雷達(dá)產(chǎn)品。這款雷達(dá)不僅在大氣溫度測量方面表現(xiàn)出色，還在氣溶膠和云光學(xué)特征的精確測量方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。
該團(tuán)隊(duì)的工作得到了國家自然科學(xué)基金委和國家科技部的持續(xù)資助。在基金委2023年重大儀器項(xiàng)目中期評議中，該項(xiàng)目是地球科學(xué)學(xué)部唯一獲得優(yōu)秀評價(jià)的項(xiàng)目，并被推薦為中央第38督導(dǎo)組現(xiàn)場考察備選項(xiàng)目。此外，該激光雷達(dá)已在國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“子午二期”項(xiàng)目的武漢珞珈山站和深圳博羅站投入應(yīng)用部署，并在南極中山站成功部署了我國首臺極地拉曼測溫激光雷達(dá)，為極地氣候變化研究提供了精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。
素材來源：武漢大學(xué)新聞網(wǎng)
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