武大團隊突破技術(shù)瓶頸 全球首臺超精準測量大氣溫度廓線的大型激光雷達問世
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，武漢大學電子信息學院及湖北武漢大氣遙感國家野外科學觀測研究站(野外站)易帆教授團隊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——全球首臺可實現(xiàn)近地面至平流層全天時精準溫度測量的激光雷達，于12月3日在美國光學學會旗下雜志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)境科學研究中的核心參數(shù)，對數(shù)值天氣預(yù)報、氣候變化評估、大氣熱動力學及大氣化學等領(lǐng)域至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)純轉(zhuǎn)動拉曼激光雷達在探測大氣溫度時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)，易帆教授團隊經(jīng)過數(shù)年潛心研究，發(fā)現(xiàn)提取單支氮分子轉(zhuǎn)動拉曼譜線可以顯著提高溫度測量的準確性，是解決這一難題的最優(yōu)技術(shù)方案。
為實現(xiàn)這一目標，團隊成功研發(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)動拉曼譜線提取的核心技術(shù)難關(guān)。在此基礎(chǔ)上，團隊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)全天時精準溫度測量的激光雷達。該雷達的時間分辨率達到1小時，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，達到了國際領(lǐng)先水平。
自2012年提出原理方案以來，該團隊歷經(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)探測的激光雷達產(chǎn)品。這款雷達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特征的精確測量方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。
該團隊的工作得到了國家自然科學基金委和國家科技部的持續(xù)資助。在基金委2023年重大儀器項目中期評議中，該項目是地球科學學部唯一獲得優(yōu)秀評價的項目，并被推薦為中央第38督導(dǎo)組現(xiàn)場考察備選項目。此外，該激光雷達已在國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“子午二期”項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，為極地氣候變化研究提供了精準數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。
素材來源：武漢大學新聞網(wǎng)
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