1、Doppler測風激光雷達具有高時空分辨率和晴空探測等顯著優(yōu)點，已成為目前測量風場的最有效手段之一，它可以實時提供高精度的大氣風場垂直廓線和三維風場掃描數(shù)據。為了將Doppler測風激光雷達推向業(yè)務化運行和實際應用，充分發(fā)揮其高時空分辨率測量的優(yōu)勢，本文對原有Doppler測風激光雷達中存在的影響其測量性能的主要問題進行了研究和解決，并對測風激光雷達風場反演方法進行了改進和補充，實現(xiàn)了測風激光雷達的業(yè)務化測量，為我國第一臺車載測風激光雷

2、達的研制和業(yè)務化應用作出了重要科學貢獻，并為測風激光雷達服務奧運奠定了基礎。 本文研究和解決了非相干測風激光雷達的白天探測問題和影響測風激光雷達掃描測量的偏振比變化的問題；通過改進測風激光雷達的風場測量和反演方法，提高了風速反演精度；首次實現(xiàn)了測風激光雷達高精度、高時空分辨率海面風場的反演，填補了其它測量儀器的空白，并在2007年青島國際帆船賽(暨2008奧帆賽測試賽)期間得到了應用和檢驗。本文的具體科學貢獻如下： 1.

3、本文在分析非相干測風激光雷達系統(tǒng)白天探測信噪比的基礎上，結合系統(tǒng)的具體光學結構和性能參數(shù)，采用匹配發(fā)散角與視場角，使用窄帶干涉濾光片以及利用光纖抑制近場光等方法，優(yōu)化了測風激光雷達的相關系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)了白天探測，探測距離可以達到12 km。另外，在分析實驗數(shù)據誤差來源的基礎上，通過使用非偏振分光鏡代替原系統(tǒng)中的普通分光鏡，解決了測風激光雷達掃描測量時偏振比變化引入誤差的問題，基本消除了偏振引入的4-5 m/g的徑向風速誤差，顯著提高了激

4、光雷達的掃描測量精度。 2.為提高測風激光雷達的風廓線測量精度，本文通過分析原有反演方法的各種誤差，提出了直接測量靈敏度的方法，消除了分子散射為主時大氣溫度變化和分子散射模型引入的風速測量誤差，并針對氣溶膠散射為主時的靈敏度非線性問題，在直接測量靈敏度的基礎上，進行了靈敏度的非線性校正，改進了原有的風速反演方法。并應用于車載測光激光雷達的業(yè)務化測量。 3.針對海面風場觀測的需求和奧運會帆船比賽的需要，本丈進行了測風激光雷

5、達海面風場反演方法的研究。制定了適于海面風場反演的徑向風速測量方法，采用徑向風速VAD校正、水平風速VAP反演算法和風速高度校正方法，在2007年青島國際帆船賽(暨2008奧帆賽測試賽)期間首次獲得了空間分辨率為50 m和100 m，時間分辨率為2分鐘和10分鐘的激光雷達海面風場實時觀測數(shù)據，與海面浮標、梯度風觀測塔的同步測量數(shù)據的對比誤差為風速1.1 m/s、風向20°。此外，論文還列舉了車載測風激光雷達觀測到的海面風場特殊現(xiàn)象，表明

6、了測風激光雷達用于小尺度天氣現(xiàn)象觀測和研究的潛力。風速反演方法，并應用于車載測風激光雷達的業(yè)務化測量。 4.考慮到大氣模型對激光雷達的系統(tǒng)性能和反演結果的影響，本文利用德國空間中心機載高光譜激光雷達的飛行實驗數(shù)據，分別使用高斯模型和S6模型反演了氣溶膠光學性質參數(shù)，對比了不同模型對氣溶膠光學性質反演結果的影響，并量化了高斯模型引入的誤差。結果表明，使用高斯模型時引入的誤差與系統(tǒng)誤差相當，在進行大氣參數(shù)反演和激光雷達性能分析時，應