1 广州市突发事件预警信息发布中心, 广东 广州 511430
2 广州市气象台, 广东 广州 511430
3 广州市黄埔区气象局, 广东 广州 510700
4 广州市气象局观测预报处, 广东 广州 511430
5 安徽蓝科信息科技有限公司, 安徽 合肥 230031
6 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
7 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230000
精确观测大气风场在气象、**、航空航天等领域具有十分重要的意义。相干测风激光雷达能够实时有效地进行大气矢量风场探测。为此研制出一款基于多普勒原理的相干测风激光雷达，并进行外场观测验证了其性能。该系统可探测垂直上空45～3000 m的水平风场以及垂直气流，最大可探测风速为60 m/s。分析比对了该雷达于2021年10月16日08：00―20日00：00在广州市黄埔区气象局观测的数据与同时段同地点微波风廓线雷达的观测数据，结果表明二者具有良好的一致性。重点分析了2021年10月18日10：00―20日00：00的典型观测数据，进一步验证了该相干测风激光雷达所测数据的准确性。该雷达在风场探测上的应用将为气象参数监测和预报精度的提高以及极端灾害性天气的预警提供实时数据支撑。
激光雷达 多普勒 相干测风 风场比对 lidar Doppler coherent wind measurement wind profile comparison
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
报道了基于光纤-固体混合放大的百纳秒脉冲宽度单频大能量1064 nm激光光源的研究工作。采用1064 nm分布反馈（DFB）半导体激光器作为单频连续种子光光源，采用声光调制器将种子光整形为脉冲宽度约为149.0 ns的洛伦兹波形脉冲光，重复频率为60 Hz，经过级联的全保偏光纤放大器放大后，获得单脉冲能量约为2.1 μJ、脉冲宽度约为216.7 ns的脉冲光输出。固体放大部分采用激光二极管（LD）端面抽运的Nd∶YVO4晶体作为高增益的前放大器进行双程放大，采用LD单侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为预放大器进行双程放大，采用两级LD双侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为功率放大器，最终获得了单脉冲能量为151.4 mJ、脉冲宽度约为267.8 ns的激光输出。采用光学外差法对输出脉冲激光的线宽进行了测试，线宽约为14.2 MHz。研究结果为星载相干测风激光雷达采用1.06 μm的激光光源提供了新的技术路线。
激光器 百纳秒脉宽 单频 大能量 相干测风
光子学报
2023, 52(12): 1201001
1 巢湖学院电子工程学院， 安徽 合肥238000
2 安徽省气象台，安徽 合肥230031
风场对于天气形势的演变和预报至关重要。基于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）中波通道资料和ERA5风场资料，采用LightGBM进行大气三维风场反演研究。首先，构建模型特征变量。GIIRS通道最优选择采用二步特征选择法：（1）建立GIIRS通道黑名单；（2）采用置换特征重要性（Permutation Feature Importance，PFI）方法选择特征变量，在形成通道最优子集的基础上，构建含有时空信息的特征变量。其次，构建基于LightGBM的三维风场反演方法。最后，基于台风“利奇马”期间的GIIRS加密资料开展了LightGBM超参数优化和相关反演试验。结果表明，相对于ERA5风场资料，测试集中风场U和V分量的均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）分别小于1 m/s和15 m/s。本文中的二步特征选择法能够实现GIIRS通道的动态最优选择。
大气风场反演 特征选择 台风“利奇马” FY-4A/GIIRS FY-4A/GIIRS atmospheric wind field retrieval feature selection LightGBM LightGBM Typhoon “Lekima”
1 烟台大学物理与电子信息学院, 山东烟台 264005
2 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
3 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西西安 710119
4 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北武汉 430071
星载长波红外气辉成像干涉仪可实现对临近空间平流层区域大气风场信息的遥感观测。然而, 长波红外对温度更加敏感, 因此会给干涉仪引入更多的误差来源。鉴于此, 借鉴平流层风场干涉仪(StratosphericWindInterferometerforTransport, SWIFT)的设计参数, 在临边观测正演仿真的基础上, 开展了关键部件的相位热漂移研究及背景辐射的热不稳定分析, 给出了仪器温度变化引起的风场误差, 提出了通过校准泡对光程差相位的监测减小测风误差的方案。不确定度分析表明, 如果 SWIFT仪器关键部件的温度变化率控制在 10-3 K/s, Michelson干涉仪和 F-P滤光片因热漂移产生的测风误差分别为 37m/s和 20m/s。当校准泡对光程差相位的监测精度达到 10-3rad时, 热漂移引入的误差可降至 1m/s以内。该研究将为星载全天时临近空间长波红外测风干涉仪的设计及研制提供重要的理论指导。
大气风场 临近空间 Michelson干涉仪 卫星遥感 热漂移 atmosphericwind near-space Michelsoninterferometer satelliteremotesensing thermaldrift
风廓线雷达作为一种新型测风雷达，能够连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布，具有时空分辨率高、连续性好和实时性好等特点，是进行高空气象探测的重要设备。而雷达数据的质量是决定资料是否能够投入业务使用的基本前提。通过欧洲中期天气预报中心 (ECWMF) 第五代再分析资料 (ERA5) 与气球探空资料比对，验证了ERA5再分析资料在安徽区域的适用性，并利用其对没有气球探空资料的合肥和巢湖两地的风廓线雷达资料进行了评估。结果表明：(1) ERA5再分析资料与气球探空资料显著相关，多项指标均表明ERA5再分析资料可以作为评估基准，利用其对无气球探空资料区域的风廓线雷达进行评估具有可行性；(2) 大气湍流强度对风廓线雷达最大探测高度影响明显，依季节划分最大探测高度分别为春季2.7 km、夏季4.5 km、秋季3.6 km、冬季2 km；(3) 经评估，合肥地区风廓线雷达资料在数据相关性、偏差、均方根误差等方面u分量数据质量好于v分量。依季节划分，数据质量由高到低排序依次是冬、夏、春、秋。其中，春、夏、冬数据质量较好，可以同化入数值预报模式，而秋季v分量数据需要进行偏差订正以及质量控制后再使用。
风廓线雷达 ERA5再分析资料 探空资料 评估方法 wind profile radar ERA5 reanalysis data sounding data evaluation method 大气与环境光学学报
2023, 18(6): 516
1 中国民用航空局 新疆空管局 气象中心,乌鲁木齐 830016
2 成都信息工程大学 大气科学学院 高原大气与环境四川省重点实验室,成都 610225
为了研究低空风切变风场结构,针对乌鲁木齐机场2021-11-26发生的风切变不安全事件,采用FC-Ⅲ型激光测风雷达产品数据,配合美国国家环境预报中心再分析资料和常规气象观测资料进行分析和验证,取得了风切变演变过程的数据。结果表明,该次风切变过程发生在特定的地形风作用下,冷锋前小尺度冷空气造成显著的风向风速变化,东南风急流底部与西北风风带形成倾斜向上的垂直切变区,并引发冷锋型低空风切变; 风切变发生前1 h,乌鲁木齐机场周边出现了风场转换; 平面位置显示模式比航空器报告提前10 min监测到风切变,为东南大风风速骤减区,且风切变区随冷空气渗透西移; 冷空气渗透过程东南大风层变薄西撤;07#跑道附近,正侧风迅速减小且进近过程中伴有风向的大角度转变;冷空气由25#跑道向07#跑道楔形渗透,渗透过程发生在08:30~10:25期间;激光雷达捕捉到该次低空小尺度冷空气活动,分析出冷空气由东北侧进入呈后倾状态的演变过程和结构,并触发了中度风切变预警。这一结果对提高气象服务保障能力是有帮助的。
激光技术 测风激光雷达 低空风切变 飞行安全 风场结构特点 laser technique wind light detection and ranging low-level wind shear flight safety structural characteristics of wind field
吴俊杰 1,2,*徐足音 1,2,3王耀辉 1,2,3杨传军 1,2,3陈明 1,2,3
1 中国民用航空飞行学院 航空气象学院, 广汉 618307
2 中国民用航空飞行学院 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室, 广汉 618307
3 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 广汉 618307
为了评估相干测风激光雷达在不同扫描模式下探测效能与气象要素之间的联系, 使用2020-08~2021-07期间广汉机场相干测风激光雷达探测数据进行了分析验证。结果表明, 方位角测量模式扫描方式下, 探测距离在3 km之后, 探测效能线性下降,90°扫描时, 500 m后探测效能开始线性下降; 总体探测效能在11月最高, 7月最低; 11月至次年7月呈下降趋势, 7~11月呈上升趋势; 在日落后至日出前的探测效能较低, 在午间探测效能最高; 夏秋季节, 激光雷达探测效能与PM2.5质量浓度呈现正相关, 与降雨量的对数呈负相关。该研究为机场激光雷达识别低空风切变准确度提供了重要的基础保障。
激光技术 探测效能 相干测风激光雷达 PM2.5质量浓度 降雨量 laser technique detection efficiency coherent wind light detection and ranging PM2.5 mass concentrations precipitation
1 甘肃省第五建设集团有限责任公司, 天水 741000
2 重庆文理学院土木工程学院, 重庆 402160
3 兰州理工大学材料学院, 兰州 730050
以风积沙混凝土为研究对象, 采用核磁共振、场发射扫描电子显微镜及能谱仪观测不同风积沙掺量及不同浓度硫酸盐侵蚀作用下混凝土的微观孔隙结构、微观形貌及产物特征。结果表明: 随着风积沙掺量增加, 风积沙混凝土抗压强度先增强后减弱, 孔隙率先降低后增加, 风积沙掺量为40%(质量分数)时力学性能最好; 随着硫酸镁浓度的增加以及侵蚀周期的延长, 风积沙混凝土相对动弹性模量先增加后降低; 当硫酸镁浓度为3.5%、风积沙掺量为40%时, 风积沙混凝土浸泡360 d时仍满足标准要求, 此时风积沙混凝土孔隙率为2.553%, 其中少害及有害孔占比达到63.8%, 且产生较多针棒状钙矾石; 当硫酸镁浓度为5.0%(质量分数)时, 孔隙率增加至2.879%, 少害及有害孔比例降低至57.3%, 钙矾石富集程度进一步增加。
风积沙混凝土 相对动弹性模量 风积沙掺量 硫酸镁浓度 孔隙率 钙矾石 aeolian sand concrete relative dynamic elastic modulus aeolian sand content magnesium sulfate concentration porosity ettringite
