摘要：伴随着全球环境日益严峻，大气环境监测的重要性日趋凸显。同时气象研究也事关民生，不可忽视。随着信息科学技术的快速发展，气象探测工作的精准度也在不断提升，众多先进的气象监测设备和技术投入到气象研究工作中来。其中激光雷达作为一种新型的遥感监测技术，能够实现更高的空间分辨率和测量精度，在大气环境监测中发挥着越来越重要的作用。因此文章重点就激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用展开相关分析。
关键词欧洲见闻录：激光雷达；大气环境监测；气象研究；应用
伴随着我国社会经济的平稳发展，气象服务为各个行业带来了极大的便捷。气象服务可以借助天气预报、气象分析以及气象监测等手段，为科学研究提供理论支撑，同时亦可以为农牧鱼业以及国防建设等提供充足的数据参考。于是气象监测设备的大力投入也使得我国的气象服务体系系统愈发完善，能够全面提升气象监测的时效性和精准度。在众多气象监测设备中，激光雷达技术有着其无与伦比的优势，正日益得到更为广泛的应用。 1激光雷达技术特点
相较于传统的雷达技术，激光雷达技术的技术特点更优，具体表现如下：第一，激光雷达数据密度大，测量精度高。由于激光雷达的激光光束相对较窄，能够依据实际情况，多次进行勘测，以此获取更多的基础数据。同时激光波长也相对较短，探测的频率相对较高，致使激光雷达的测量精度较高。第二，主动探测。激光雷达探测不受光源影响，且不会受到时间、太阳高度以及地物阴影的扰动，能够获取较为全面的全地形数据，且可以确保获取数据的精准性。第三，隐蔽性和安全性强。激光雷达产生的激光波束相对较窄，传播方向也较好，口径相对较小，只可以接收指定区域的回波。第四，作业过程便捷。由于激光雷达发射器的总重量较小，仅需要较小的安装空间即可使用。
2激光雷达在大气环境监测和气象研究中的具体应用
iso180002.1气溶胶及边界层探测
根据以往的经验可知，气溶胶的直接影响是它们吸收和散射太阳辐射，从而影响全球气候变化。边界层是指大气的边界层，也是测量活动中需要注意的内容。当使用激光雷达技术检测时，利用激光束和边界层之中的物质之间的相互影响，实现对回波信号的整理，以此更好地掌握空气污染扩散速度和传播模式，方便后续污染控制工作的顺利展开。
2.2大气温度监测
根据以往的监测经验，大气物理、海洋环境和天气分析活动的一项非常重要的任务是收集大气温度数据，检查温度波动，推断其变化趋势。温度在气象研究中起着重要的作用，也是天气预报中一个非常重要的气象条件。使用激光雷达技术进行温度检测时，可以有效提高温度检测结果的准确性，也可以获得完整的检测结果，为相关工作的开展奠定基础。
2.3大气能见度监测
在大气能见度监测活动中，得到的相应指标可以直接反馈空气质量。大气透明度越高，大气环境质量越好。大气能见度越低，对交通的威胁越大，越容易造成严重的交通事故。为了保证交通出行的安全，还需要做好大气能见度的预报和监测工作。利用激光雷达技术，可以根据脉冲激光准确获取大气的透射率，并结合发射信号在大气中的衰减速度，可以获得更精确的大气能见度数据，方便对数据进行科学评价。
2.4反应性气体和温室气体监测
在大气环境中，它所含的反应性气体包括臭氧、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，所含
的温室气体种类包括二氧化碳、甲烷等。这些气体浓度过高会造成许多大气环境问题，包括臭氧层空洞、温室效应等，从而威胁生活环境的安全。在激光雷达技术的应用中，监测原理是激光进入大气后，会被这些大气分子吸收，然后散射到外界。整个反应过程属于共振过程，共振过程产生相应的反馈波长。对这些数据进行排序，利用计算机软件对其变化曲线进行排序，并根据峰值显示、重复频率等，确定不同气体浓度分布区域，从而对污染优先级进行排序，便于后续污染控制措施的制定。
2.5风廓线监测
除上述监测内容外，风廓线监测在实际应用中也需要做好，这也是气候研究中非常重要的工作内容。在激光雷达技术的应用过程中，激光被用来向大气中发射激光。它们经过灰尘、盐晶、生物质燃烧气溶胶等颗粒后，会以散射的形式产生回波电信号。经过分析和处理，可以得到高分辨率、高精度的风场数据，整理后可以得到风廓线、风向、风速等数据。
3激光雷达技术在探测二氧化碳浓度廓线中的具体应用
二氧化碳（CO2）持续增加是造成全球温室效应增强的重要原因，但是CO2的分布不确定性较高。目前的观测手段主要分为被动和主动两种方式。激光雷达作为一种CO2主动观测方式，其应用越来越广泛，它具有精度高、不受观测时间限制的优点。根据观测方式的不同，激光雷达主要分为柱浓度观测（IPDALiDAR）和廓线式观测（DIAL）。
DIAL观测原理为：系统发射两个不同波长的激光束，其波长非常接近。位于目标气体的强吸收光谱处的波长称为on-line波长，位于弱吸收光谱处的另一波长称为off-line波长。大气中气溶胶会对发射的激光进行后向散射。根据探测器接收到后向散射信号，通过激光雷达方程进行反演。某地利用DIAL系统进行CO2探测，结果可知：随着夜晚时间增加，CO2的廓线浓度呈增加趋势。由于当地存在大量的植物和农作物，且附近存在多处人员密集区，因此植物夜间的呼吸作用以及人类活动有关产生的CO2均会促使大气CO2北京市卫生局招待所浓度持续增加。整个观测反演区间中，最底层廓线浓度是其探测路径中最大的，CO2浓度随着高度的增加而减少，其变化幅度夏季约为16×10−6，冬季约为19×10−6，该变化区间冬季比夏季大。这是由于冬季气温低，地表辐射弱，近地表的CO2向上运动的动力较低，因此容易在不同的高度形成较高的浓度差。
经过DIAL系统为期1a的观测，可知：CO2浓度具有明显的季节特征，即夏季和秋季CO2浓度低，冬季和春季CO2浓度高。3月份的CO2浓度达到最高值404.8×10−6，在8月份的时候，其浓度达到最低值396.4×10−6。这是因为春季观测站点周围的植物为生长初期，其光合作用强度较小，夜间呼吸作用产生的CO2浓度大于白天光合作用所吸收的CO2量，因此3月份的CO2浓度最高。而8月份时，植物生长旺盛，白天光合作用强烈吸收了大量空气中的CO角先生2，所以造成大气中CO2的含量较低。
总之，激光雷达凭借其技术优势在气象监测工作中发挥着重要作用，能够显著提升监测精度和效率。随着信息技术的不断发展，激光雷达技术也必将不断完善，从而和众多技术进行更好的融合，以推动我国气象研究水平的不断提升，为我国各行各业发展提供有力的气象基础数据。
参考文献
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