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基于HITRAN的主要温室气体CO2、CH4和N2O特征吸收峰/谷波长研究开题报告

 2022-01-27 09:01  

全文总字数:3212字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着遥感技术的发展,硬件技术的发展,遥感数据处理技术的进步,遥感技术越来越多的应用到了大气的研究中。激光雷达是一种主动式的现代光学遥感设备,是传统的无线电或微波雷达向光学频段的延伸。激光雷达技术可以同时获得地球表面的空间特征和物理特性,具有被动光学遥感无法替代的作用。由于所用探测束波长的缩短和定向性的加强,使激光雷达具有很高的空间、时间分辨能力和很高的探测灵敏度等优点,被广泛地应用于对大气、海洋、陆地和其他目标的遥感探测中。 本课题主要研究的是激光雷达在大气污染的测量,差分吸收激光雷达结合了查分吸收探测技术和激光雷达系统的优点,利用待测气体对不同激光波长的吸收系数不同,实现对大气中待测气体浓度的三维探测,并且具有时空分辨率高,探测精度高等优点。将激光雷达与大气污染相结合,可实现对全球范围内co2浓度和分布的探气候进行预报和分析,为天气和气候的形成和变化提供数据依据,对灾害性天气和气候进行预报和分析,还可以促进对气候变化、全球碳循环的认知和预测,从而更好的改善地球环境。

国内外研究现状

我国主要的激光雷达研究单位有中科院安徽光机所、中科院上海光机所、中科院武汉物数所、中科院空间中心、中国海洋大学、武汉大学、西安理工大学、北京理工大学、中国科技大学、中国电子科技集团、北京遥测技术研究所等单位。其中,中国海洋大学较早开始基于高谱分辨激光雷达的气溶胶及风场探测工作,还为中欧开展的龙计划II开发了新型地基激光雷达。中国科技大学研发了米-瑞利-纳荧光和多普勒测风激光雷达。中科院安徽光机所和西安理工大学发展了多套不同类型的激光雷达。中科院上海光机所和中国电子科技集团分别研发了测风激光雷达系统。北京理工大学最近也研制了一台拉曼-米散射激光雷达进行气溶胶探测。中科院光电研究院还和法国科学家合作进行机载激光雷达探测的研究。北京遥测技术研究所在2012年成功研制了具有国际先进技术水平的大气探测激光雷达产品。

非相干多普勒测风激光雷达与相干多普勒测风激光雷达在国外都有很好的进展。

对于温室气体差分吸收激光雷达,目前星载差分吸收激光雷达是一个很重要的研究方向。

2010年日本NICT成功试用Ho:Tm:YLE激光器测量到25km范围内的大气co2含量,并计划将该激光雷达用于国际空间站,展开针对地球大气的探测研究。

在ESA的地球大气探测计划中,将分别于2014年和2017年发射MERLIN和A-SCOPE卫星用于探测地球大气CH4和CO2含量。

SCOPE则分别使用1.57um的OPO和2.05um的Ho:YAG两台激光器同时对大气CO2进行测量。

激光遥感技术主要发展方向 :

(1) 动用一切可以动用的运载工具向高空发展。

(2)广泛应用新技术,提取尽可能多的信息,鉴于单色雷达的局限性,逐渐发展双色甚至三色雷达,以及相干激光雷达。

(3) 测风激光雷达的新发展。风速的空间和时间变化特性是气象的重要数据,它对空气污染物漂移的环保研究以及飞机的起飞和着落安全均有价值。通常测量风速是用测风气球和放置在高塔上的测风仪,它们只能作点测量,仅能获得小量的空间范围数据,如要对大的空间范围进行多点测量则很困难而且费用也大,激光遥测风速可以克服上述局限性。激光探测近地层大气风场现已取得不少进展,发展了激光相关分析测量风速、激光多普勒测风速.、激光双光束干涉测风速等方法。

2. 研究的基本内容

1、首先,简单介绍激光的基本特点,再由激光延伸到激光雷达。2、接下来,介绍激光雷达大气遥感的原理和特点。3、再详细介绍激光雷达的分类及几种不同种类激光雷达的原理及应用。4、开始文章的中心主体——激光雷达在大气污染测量中的研究。

(1)首先阐述激光雷达的系统结构,用发射装置、接收装置及信息处理装置做成所谓激光雷达的形式。(2)然后介绍差分吸收探测技术。

(3)再根据hitran数据库查询到待探测的污染气体及空气中干扰气体的光谱数据。(4)再从以上光谱数据中挑选出几个可以用来做差分吸收探测的波长,由于两波长相距很近,所以大气分子和气溶胶对它们的散射和消光可认为相同。因此通过两波长处接收功率之比,可以求得欲测成分的浓度。(5)根据激光雷达基本公式pτ=poklt2(r)β(r)ar/r2出发用matlab软件进行模拟计算

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3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案:

(1)首先进行文献的查阅和有效信息的整理搜集工作;

(2)查阅相关资料并和老师进行讨论并确定论文课题

(3)在老师的帮助下进一步改进和完善论文。

进度:

2015年5月—6月查找与搜集与激光雷达测量大气污染有关的书籍和文献并与老师讨论完成学年论文课题的选定。

2015年6月—7月 通过查阅大量文献,通过自己的总结与归纳,完成学年论文的初稿。

2014年7月在老师的指导下,完成学年论文的修改并提交。

2015年11月—2015年11月下旬 以学年论文为基础,选定毕业论文的题目,开展毕业论文的相关工作。

2015年12月-2016年1月 搜集各种参考资料并整理,完成任务书和开题报告,并进行修改、提交。

2016年1月—2月 整理前阶段的准备材料开始毕业论文和外文翻译。

2016年3月到2016年4月上旬

开始毕业论文的撰写,并完成初稿交给老师。

2016年4月中旬—2016年5月上旬

对初稿中存在的问题以及老师提出的意见进行修改,完成最终定稿。

2016年5月中下旬

完成毕业论文的撰写,准备答辩。

4. 参考文献

[1] 周炳琨,高以智等. 激光原理[M].北京:国防工业出版社,2000:15-17.[2] 余神求. LD泵浦绿光激光器光学系统设计[D].长沙:湖南大学, 2009:5.[3]赵一鸣, 李艳华等. 激光雷达的应用及发展趋势[J].遥测遥控:2014, 35(7):4-22. [4] 杨铭.激光相干雷达结构设计 [D].长春:长春理工大学, 2012:1-5.[5]L. Thomas, Laser Radar Observations of Middle-Atmosphere Structure and Composition, Mathematical and Physical Sciences, 1987, Vol.323 (1575), pp.597-609[6]夏思佳,赵秋月等. 南京地区典型大气污染过程分析[J]. 环境科学与技术:自然科学版, 2010, 36(4):97-102. [7] D.K. Killinger, Lidar (light detection and ranging), Elsevier Journal, 2013, Volume 45, Pages 278–284[8]杨齐民. 激光遥测大气污染[J]. 四川激光, 1980, 3:31-36. [9]Flom T, Spaceborne laser radar, Applied Optics, 1972, Vol.11 (2), pp.291-9.[10]梁镜明,陈太基等.利用云团实现激光遥测风速[J]. 中国激光, 1995, 22(17):842-845.[11]钱黎明.基于体布拉格光栅预激光调Q单纵模DPSSL研究 [D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2012:1.[12]施建中.南京北郊气溶胶激光雷达探测[D].南京:南京信息工程大学,2013:1.

[13]王青海,张以谟.气象激光雷达的发展现状[J].气象科学:2006,34(3):246-249.

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