【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】12月3日，美國光學(xué)學(xué)會旗下雜志Optics Express在線刊載了武漢大學(xué)電子信息學(xué)院、湖北武漢大氣遙感國家野外科學(xué)觀測研究站(野外站)易帆教授團隊在大氣溫度廓線探測儀器研制方面的最新成果。論文題為“Pure rotational Raman lidar for accurate profiling of atmospheric temperature and aerosol/cloud backscatter coefficients”(《精準(zhǔn)探測大氣溫度和氣溶膠/云后向散射系數(shù)的純轉(zhuǎn)動拉曼激光雷達》)。電子信息學(xué)院易帆教授為論文第一作者兼通訊作者，團隊成員余長明、張云鵬、柳付超、何蕓和周軍為論文合作作者。
 

　　大氣溫度是數(shù)值天氣預(yù)報、氣候變化評估、大氣熱動力學(xué)以及大氣化學(xué)等諸多領(lǐng)域的關(guān)鍵參數(shù)。傳統(tǒng)純轉(zhuǎn)動拉曼激光雷達探測大氣溫度的精度有限，制約了大規(guī)模的推廣應(yīng)用，原因是提取的多支氮分子轉(zhuǎn)動拉曼譜線強度與溫度不具備嚴(yán)格的解析函數(shù)關(guān)系。野外站團隊發(fā)現(xiàn)，提取單支譜線可有效解決這一問題，是大氣溫度精準(zhǔn)測量的最優(yōu)技術(shù)方案。為此，經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)和原理試驗，團隊自主設(shè)計并成功實現(xiàn)了窄帶濾光片+Fabry-Perot干涉儀組合的超窄帶濾光系統(tǒng)，一舉攻克單支氮分子轉(zhuǎn)動拉曼譜線提取這一核心技術(shù)難關(guān)。團隊研制的全球首臺可實現(xiàn)近地面至平流層(白天：1-21公里；夜晚1-35公里)全天時精準(zhǔn)溫度測量的激光雷達，其時間分辨率達到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，達到國際領(lǐng)先水平。
 

　　團隊在2012年率先提出原理方案，2018年首臺原理樣機成功問世并得到國際同行的高度認(rèn)可，2020年獲得美國發(fā)明專利授權(quán)(Yi et al., 2020, United States Patent: US 10620318B2)，2021年證實該雷達在氣溶膠和云光學(xué)特征精確測量方面的有效性，隨后經(jīng)過一系列技術(shù)改造和優(yōu)化，在2022年12月團隊成功推出可用于常規(guī)探測的激光雷達產(chǎn)品。十年磨一劍，團隊為大氣探測打造出當(dāng)今世界上“最精準(zhǔn)的立體溫度計”。該系統(tǒng)在氣象預(yù)報以及航天領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
 

　　自2014年起，該工作得到兩個國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項目的資助。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(xué)學(xué)部唯一獲得優(yōu)秀評價的項目，并被基金委推薦為中央第38督導(dǎo)組現(xiàn)場考察備選項目。此外，國家科技部自2019年起也給予野外站平臺持續(xù)的資助。如今，這款新型測溫激光雷達憑借其穩(wěn)定優(yōu)異的工作性能，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。值得一提的是，2020年野外站團隊成員克服疫情等不利因素，在南極中山站成功部署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強有力的技術(shù)支撐和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。