激光大氣遙感是利用激光探測大氣的技術(shù)和方法，是主動式大氣遙感的一種類型，由這種散射波的強度、角分布和偏振特性以及它們對波長的依賴關(guān)系，可以反演大氣氣溶膠特性及其時空分布，并進而由氣溶膠的不均勻結(jié)構(gòu)或散射波的多普勒頻移，測量大氣湍流和平均風(fēng)場。

類型

主動式大氣遙感

正文

利用激光探測大氣的技術(shù)和方法，是主動式大氣遙感的一種類型。

激光具有很好的相干性、單色性和方向性，在大氣遙感中有獨特的優(yōu)點。1962年意大利G.菲奧科等人研制了第一臺探測高層大氣的激光雷達，1963年美國斯坦福研究所研制了第一臺探測對流層的激光雷達。中國第一臺對流層氣象激光雷達于1966年研制成功(見彩圖)。

方法和原理?

　散射法?　主要有瑞利散射法、米散射法和拉曼散射法3種。激光在大氣中的散射，主要是瑞利散射和米散射，它們均屬彈性散射。由這種散射波的強度、角分布和偏振特性以及它們對波長的依賴關(guān)系，可以反演大氣氣溶膠特性及其時空分布，并進而由氣溶膠的不均勻結(jié)構(gòu)或散射波的多普勒頻移，測量大氣湍流和平均風(fēng)場。另一種散射是拉曼散射，其散射截面比分子的瑞利散射弱3個量級，比氣溶膠的米散射弱3～21個量級。拉曼散射的散射波長和入射波長不同，兩者的光子能量之差和氣體分子的固有能級相對應(yīng)，因而分析拉曼散射光譜，可以判定大氣中多種氣體的成分及其混合比（見大氣散射）。

吸收法?　選擇某種氣體成分的一條特定吸收線，發(fā)射在吸收線上和線外的兩種波長的激光，由這兩種波長的激光在同一光路中大氣衰減的差異，測出該種氣體的絕對含量，這種方法稱為差分吸收法。用這種方法測氣體含量，靈敏度比拉曼散射法高4～5個數(shù)量級，可以遙感極微量的大氣成分。由于氣體吸收光譜的特性依賴于溫度和氣壓，用差分吸收法還可以遙感溫度鉛直分布和地面氣壓。

熒光法?　大氣分子或原子吸收激光后被激發(fā)到高能態(tài)，其中一部分由高能態(tài)回到低能態(tài)時，能量以自發(fā)發(fā)射（熒光）方式釋放出來。熒光光譜決定于分子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)，而熒光量子效率在稀薄氣體中較高，因而發(fā)射波長處于某種成分吸收線（帶）上的激光，測定共振熒光光譜的方法，適用于高層大氣中鈉和鉀等成分的探測。

儀器?

　根據(jù)以上原理，已研制成多種氣象激光雷達（見圖表）。

除激光氣象雷達外，還有用可調(diào)諧激光器作為本振源的、具有極高光譜分辨率的外差式輻射計，用激光拉曼散射法和共振熒光法測大氣成分，用全息照相法測云滴譜等就地測量的儀器。

參考書目

E.D.Hinkley，ed.， Laser Monitoring of the Atmosphere，Springer-Verlag，Berlin，1976.