基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析

陈冲; 孙东松; 陈廷娣; 韩於利; 赵若灿; 周安然; 王国成; 唐磊

doi:10.3788/IRLA201847.0930002

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基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析

陈冲, 孙东松, 陈廷娣, 韩於利, 赵若灿, 周安然, 王国成, 唐磊

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陈冲, 孙东松, 陈廷娣, 韩於利, 赵若灿, 周安然, 王国成, 唐磊. 基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(9): 930002-0930002(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0930002

引用本文:

Chen Chong, Sun Dongsong, Chen Tingdi, Han Yuli, Zhao Ruocan, Zhou Anran, Wang Guocheng, Tang Lei. Gravity waves measurement and analysis based on a Rayleigh Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 930002-0930002(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0930002

Citation:

Chen Chong, Sun Dongsong, Chen Tingdi, Han Yuli, Zhao Ruocan, Zhou Anran, Wang Guocheng, Tang Lei. Gravity waves measurement and analysis based on a Rayleigh Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 930002-0930002(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0930002

基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析

doi: 10.3788/IRLA201847.0930002

1.
中国科学技术大学地球与空间科学学院,安徽合肥 230026;
2.
中国人民解放军陆军军官学院,安徽合肥 230031;
3.
合肥师范学院,安徽合肥 230601

基金项目:

国家自然科学基金（41774193）

详细信息

作者简介:
陈冲(1994-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:cchan@mail.ustc.edu.cn

中图分类号: TN958.98

Gravity waves measurement and analysis based on a Rayleigh Doppler lidar

1.
School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;
2.
New Star Institute of Applied Technology,Hefei 230031,China;
3.
Hefei Normal University,Hefei 230601,China

摘要: 对于平流层的高空间分辨率的重力波连续测量和研究非常稀少。近几年中国科学技术大学的瑞利多普勒激光雷达观测了大量的重力波事件，这得益于激光雷达系统在重力波研究中的优越特性。文中对激光雷达系统作出了一个简单的介绍，并且展示了位于中国酒泉（39.741N，98.495E），垂直高度范围在15~60 km，自2015年10月7日起持续了两个月的重力波夜间观测结果。在对一些重力波事件分析过程中，对中尺度的水平风速进行了二维波谱分析之后，发现重力波波动非常明显，这些波动的波长范围主要集中在3~6 km，而周期大约为10 h。这些观测结果都肯定了瑞利多普勒激光雷达在重力波观测应用方面的优势。
- 瑞利多普勒雷达 /
- 风场测量 /
- 重力波 /
- 风速扰动分析
Abstract: Simultaneous wind measurements in stratosphere with high-spatial resolution for gravity waves study are scare. In recent years, lots of gravity waves cases were observed by mobile Rayleigh Doppler lidar of University of Science and Technology of China benefiting from the system with excellent performance. In this paper, a brief introduction of the Rayleigh Dopplar lidar system was made. The wind field gravity waves cases in the altitude region 15-60 km were also performed, which were carried out for 2 months started from October 7th, 2015 in Jiuquan(39.741N, 98.495E), China. After the 2-D fast Fourier transform of those mesoscale fluctuations of the horizontal wind velocity, the two dimensional spectra analysis and band-pass filter results of these fluctuations exhibited the presence of dominant oscillatory modes with wavelength of 4-15 km and period of around 10 hours in several cases. The observed cases demonstrate the Rayleigh Doppler lidar's capacity in measuring and studying gravity waves.
- Rayleigh Doppler lidar /
- wind measurements /
- gravity waves /
- wind perturbation analysis

[1]	Flesia C, Korb C L. Theory of the double-edge molecular technique for Doppler lidar wind measurement[J]. Appl Opt, 1999, 38(3):432-440.
[2]	Rees D, Vyssogorets M, Meredith N P, et al. The Doppler wind and temperature system of the ALOMAR lidar facility:overview and initial results[J]. J Atmos Sol Terr Phys, 1996, 58(16):1827-1842.
[3]	Dou X, Han Y, Sun D, et al. Mobile Rayleigh Doppler lidar for wind and temperature measurements in the stratosphere and lower mesosphere[J]. Optics Express, 2014, 22(S5):A1203.
[4]	Alexander S P, Klekociuk A R, Murphy D J. Rayleigh lidar observations of gravity wave activity in the winter upper stratosphere and lower mesosphere above Davis, Antarctica (69 S, 78 E)[J]. J Geophys Res:Atmospheres, 2011, 116(D13):D13109.
[5]	Zhao R, Dou X, Sun D, et al. Gravity waves observation of wind field in stratosphere based on a Rayleigh Doppler lidar[J]. Optics Express, 2016, 24(6):A581.
[6]	Fritts D C, Alexander M J. Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere[J]. Rev Geophys, 2003, 41(1):1003.
[7]	Gentry B M, Chen H, Li S X. Wind measurements with 355-nm molecular Doppler lidar[J]. Opt Lett, 2000, 25(17):1231-1233.
[8]	Forbes J M. Tidal and planetary waves, in the upper mesosphere and lower thermosphere:a review of experiment and theory[J]. AGU Geophysical Monographs, 1995, 87:67-87.

[1]	方志远, 赵明, 杨昊, 邢昆明, 王邦新, 陈剑锋, 邓旭, 程亮亮, 谢晨波. 直接测风激光雷达频率跟踪技术及对流层平流层大气风场观测 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220412-1-20220412-9. doi: 10.3788/IRLA20220412
[2]	魏国, 杨泽坤, 高春峰, 周健, 于旭东, 罗晖, 邓斌, 周文健, 程嘉奕. 基于二维激光多普勒测速仪的捷联式车载自主重力测量方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(6): 20230174-1-20230174-8. doi: 10.3788/IRLA20230174
[3]	胡中昱, 卜令兵. Aeolus星载测风激光雷达进展综述 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220691-1-20220691-14. doi: 10.3788/IRLA20220691
[4]	王元祖, 韩於利, 孙东松, 韩飞, 周安然, 张楠楠, 唐磊. 我国中纬度地区多普勒激光雷达准零风层多季节观测与分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0305004-0305004-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0305004
[5]	周杰, 杨泽后, 宋帅, 张国娟, 毛一江, 李晓锋, 金凡皓, 冯力天, 陈春利, 周鼎富. 应用于区域三维风场测量的船载激光测风雷达 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200189-20200189. doi: 10.3788/IRLA20200189
[6]	张楠楠, 赵若灿, 孙东松, 韩淤利, 陈冲. 基于瑞利多普勒激光雷达的惯性重力波长期观测研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200351-20200351. doi: 10.3788/IRLA20200351
[7]	庄子波, 陈星, 台宏达, 宋德龙, 徐丰田, 邢志伟. 双激光雷达的水平风场估计方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1005008-1005008(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1005008
[8]	周安然, 韩於利, 孙东松, 韩飞, 唐磊, 蒋杉. 高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105006-1105006(7). doi: 10.3788/IRLA201948.1105006
[9]	王贵宁, 刘秉义, 冯长中, 吴松华, 刘金涛, 王希涛, 李荣忠. 相干测风激光雷达VAD风场反演的数据质量控制方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 230002-0230002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0230002
[10]	冯长中, 吴松华, 黄海广, 王贵宁. 梯度下降VAD方法的单多普勒激光雷达风场探测技术 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1106006-1106006(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1106006
[11]	李梓霂, 陈廷娣, 刘恒嘉, 孙东松, 王国成, 唐磊. 瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
[12]	王博, 胡雄, 闫召爱, 肖存英, 郭商勇, 程永强, 郭文杰. 中层顶准单色重力波特性的钠荧光多普勒激光雷达观测分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 506002-0506002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0506002
[13]	贾晓东, 孙东松, 谢绍亮, 吴小锋. 相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 906007-0906007(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
[14]	程永强, 胡雄, 闫召爱, 郭商勇, 王博. 大气重力波引起的偶发钠层研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030004-1030004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1030004
[15]	郑俊, 孙东松, 窦贤康, 韩於利, 赵若灿, 李建阅, 周安然, 高健, 王国成. 60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030002-1030002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1030002
[16]	胡冬冬, 舒志峰, 孙东松, 张飞飞, 窦贤康. 瑞利测风激光雷达夜间准零风层观测结果分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 482-485.
[17]	高园园, 舒志峰, 孙东松, 夏海云, 张飞飞, 韩於利, 上官明佳. 积分球在瑞利测风激光雷达中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3547-3554.
[18]	何清芳, 王青梅, 毕波, 曾祥能, 史倩义. 基于改进VPP方法的激光雷达小尺度风场反演 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1484-1489.
[19]	唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰. 瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3570-3576.
[20]	潘静岩, 邬双阳, 刘果, 董光焰, 张鹏飞, 陈静. 相干激光测风雷达风场测量技术 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1720-1724.

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基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析

doi: 10.3788/IRLA201847.0930002

1. 中国科学技术大学地球与空间科学学院,安徽合肥 230026;

2. 中国人民解放军陆军军官学院,安徽合肥 230031;

3. 合肥师范学院,安徽合肥 230601

作者简介:
陈冲(1994-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:cchan@mail.ustc.edu.cn

收稿日期: 2018-04-13
修回日期: 2018-05-15
刊出日期: 2018-09-25

基金项目:

国家自然科学基金（41774193）

中图分类号: TN958.98

关键词:

摘要: 对于平流层的高空间分辨率的重力波连续测量和研究非常稀少。近几年中国科学技术大学的瑞利多普勒激光雷达观测了大量的重力波事件，这得益于激光雷达系统在重力波研究中的优越特性。文中对激光雷达系统作出了一个简单的介绍，并且展示了位于中国酒泉（39.741N，98.495E），垂直高度范围在15~60 km，自2015年10月7日起持续了两个月的重力波夜间观测结果。在对一些重力波事件分析过程中，对中尺度的水平风速进行了二维波谱分析之后，发现重力波波动非常明显，这些波动的波长范围主要集中在3~6 km，而周期大约为10 h。这些观测结果都肯定了瑞利多普勒激光雷达在重力波观测应用方面的优势。

English Abstract

Gravity waves measurement and analysis based on a Rayleigh Doppler lidar

1. School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;

2. New Star Institute of Applied Technology,Hefei 230031,China;

3. Hefei Normal University,Hefei 230601,China

Received Date: 2018-04-13
Rev Recd Date: 2018-05-15
Publish Date: 2018-09-25

Keywords:

Abstract: Simultaneous wind measurements in stratosphere with high-spatial resolution for gravity waves study are scare. In recent years, lots of gravity waves cases were observed by mobile Rayleigh Doppler lidar of University of Science and Technology of China benefiting from the system with excellent performance. In this paper, a brief introduction of the Rayleigh Dopplar lidar system was made. The wind field gravity waves cases in the altitude region 15-60 km were also performed, which were carried out for 2 months started from October 7th, 2015 in Jiuquan(39.741N, 98.495E), China. After the 2-D fast Fourier transform of those mesoscale fluctuations of the horizontal wind velocity, the two dimensional spectra analysis and band-pass filter results of these fluctuations exhibited the presence of dominant oscillatory modes with wavelength of 4-15 km and period of around 10 hours in several cases. The observed cases demonstrate the Rayleigh Doppler lidar's capacity in measuring and studying gravity waves.