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在過(guò)去的二十年里，全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)(NWP)模式的性能一直在不斷提高。NWP模式的本質(zhì)是描述大氣運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，廣泛應(yīng)用于中短期天氣預(yù)報(bào)、環(huán)境變化、氣候預(yù)測(cè)等領(lǐng)域，可謂7天天氣預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

大氣風(fēng)場(chǎng)是NWP模式最重要的初始輸入之一，其準(zhǔn)確性對(duì)NWP的性能有著重要影響。對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)的研究不僅可以提供對(duì)大氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程的有用簡(jiǎn)介，促進(jìn)大氣空間的研究，也可以確保活動(dòng)空間的安全。

激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)是相對(duì)較新的一種測(cè)風(fēng)技術(shù)，主要通過(guò)分子散射測(cè)量大氣風(fēng)速和大氣溫度的主動(dòng)探測(cè)技術(shù)，具有測(cè)量精度高、分辨率高、探測(cè)范圍廣、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，對(duì)晴空天氣的大氣探測(cè)具有顯著的作用。然而，其數(shù)據(jù)可靠度受環(huán)境影響、雷達(dá)設(shè)備重量較大、移動(dòng)工作能力較差等缺陷限制了其在復(fù)雜地理環(huán)境中的進(jìn)一步應(yīng)用。

激光外差輻射計(jì)(LHR)具有高光譜分辨率的特點(diǎn)，可以有效地探測(cè)到由風(fēng)場(chǎng)引起的微小多普勒頻移，頻移結(jié)合大氣透過(guò)率譜，通過(guò)光譜反演得到沿視線方向水平風(fēng)的垂直廓線和大氣柱濃度等信息。此外，LHR還具有輕便、可靠、成本低等特點(diǎn)，近年來(lái)受到諸多關(guān)注。

近日，中科院合肥研究院安徽光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)在激光外差光譜應(yīng)用于風(fēng)場(chǎng)探測(cè)方面取得新進(jìn)展。該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于氧氣矯正的近紅外激光外差輻射計(jì)(LHR)，采用地基太陽(yáng)掩星模式，用于測(cè)量對(duì)流層和低平流層中風(fēng)場(chǎng)的垂直剖面。

據(jù)了解，該設(shè)備能夠同時(shí)測(cè)量大氣O2和CO2透過(guò)率譜，基于受約束的內(nèi)爾德-米德(Nelder-Mead’s)單純形法，利用大氣O2透過(guò)譜來(lái)校正大氣溫度和壓力分布，并結(jié)合最優(yōu)估算法反演得到了精度為±2.5 m/s的大氣風(fēng)場(chǎng)垂直剖面。

研究結(jié)果表明，氧氣校正激光外差輻射計(jì)作為便攜式和小型化測(cè)量?jī)x器在風(fēng)場(chǎng)探測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用潛力。

該研究以High-resolution oxygen-corrected laser heterodyne radiometer (LHR) for stratospheric and tropospheric wind field detection為題發(fā)表于美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)學(xué)術(shù)期刊Optics Express上。

來(lái)源：中科院合肥研究院安徽光機(jī)所

關(guān)鍵詞： 大氣溫度 垂直剖面 單純形法