測風雷達

由氣球運動軌跡可計算得到各高度風向和風速。測風雷達的探測高度可達30km，且不受天氣條件限制，但測角精度低於光學經緯儀，設備龐大。中國氣象部門使用的是國產701測風雷達。

測風雷達能自動跟蹤探空氣球。測量以大氣高度為函數的風速、風向，並接收處理探空儀探測的溫度、濕度、氣壓等氣象要素信息。多普勒激光測風雷達是方興未艾的1種全新的大氣風場探測手段。但是激光測風雷達直接測量的是視線方向上的激光反射光的頻移(視線風速)。在這個基礎上，激光雷達還必須能夠獲得多方位的風速數據才能夠反演出風場。這就需要相應的光學掃描系統，它在保證發射、接收視場重疊的前提下，控制激光束投射到指定的方向，使激光雷達獲得不同視線角度的風速數據。介紹的激光雷達測風系統中的光學掃描部分實現了以上要求，在水平旋轉和俯仰控制上的精度都達到了<0。5°。完全能夠滿足激光測風系統的實用需要。

測風雷達系統，可以提供標準和詳細的測風數據，可在多個高度對風進行測量，且具有很高的解析度，測量高度可達200m或更高。WINDCUBE系統廣泛應用在各個領域：空氣質量輸入軟體模式，氣象短時預報，優化空中交通和減少意外事故的發生，在風能方面可以更好的預報風量。WINDCUBE的研製使LIDAR發展進入新紀元。

中國最早的59-701測風雷達定型於20世紀60年代末，整體科技水平十分落後。20世紀九十年代，原59-701進行了一系列改造，現代化程度有了一定程度提高。進入二十一世紀，高空探測走向電子化、信息化、高精度、高效率的新時代，古老的701雷達在高科技迅速發展的今天是否還能繼續發揮作用。回答是肯定的。1997年，江西省大氣探測技術中心701雷達大修改進課題組站在現代計算機技術和電子技術發展的全新角度，打破傳統大修模式，應用現代電子技術的設計理念，以信息數字化和微處理技術為核心，尋找到了一條701雷達大修改進的創新之路。1999年由江西大氣探測技術中心中心自主研發的701測風雷達大修改進技術通過了中國氣象局監測網路司組織的驗收，得到了專家的高度評價，認為該技術達到了中國國內同類研究領先水平。克服了技術和經費上的很多困難，依靠團隊集體力量，發揚管天為民、追求卓越的江西氣象人精神，用有限的人力和物力實現了深入複雜的技術改進，在59-701雷達在高空探測裝備換裝過程中開拓了一條新路，讓701測風雷達在未來探空體系中繼續發揮作用提供了可靠的技術支持”。

半導體激光測風雷達是新型的大氣遙感設備，也是唯一能實現三維大氣風場遙感觀測的有效工具，其工作原理是利用激光收發系統對空氣中的粒子散射回波信息進行採集，再通過分析計算這些測量數據，直接得到高解析度、高精度的實時三維風場數據。解決了嚴重影響航空安全的航空領域低空風切變檢測難題，可以被廣泛應用在氣象、環保、國防、機場等領域。

利用自行研製的半導體激光大氣採集感測器，結合各種數據處理和伺服控制系統，快速精確、高解析度地實現了對不同高度的大氣風場遙感探測，而且可根據綜合數據給出所測空間內的立體大氣風場信息，這些大氣風場數據可以極大地提高軍用及民用區域數值天氣預報的準確性、尤其在軍用和民用航空領域、地對空等有著廣泛的應用前景。

奧帆賽期間，由中國自主研發的中國國內第一台可移動多普勒測風激光雷達將投入使用，為奧帆賽提供高精度的賽場海表面的風速、風向信息，使用激光雷達測風，這在奧運會歷史上尚屬首次。同樣是由青島人自主研製的奧帆賽184艘工作艇和5台海上浮標已經提前“入駐”奧帆基地。這些“高科技”都凝聚著青島科研人員的心血。

激光一掃可“看清”300公里範圍內降水：奧帆賽對氣象條件的要求非常高，帆船比賽要求風力持續在3m/s至20m/s之間。在一輪比賽內，若風向擺動大於50°或能見度小於1500米或遇到雷雨等天氣，都要停賽。由中國海洋大學和中國電子科技集團第十四研究所聯合研製的、造價1000萬元的中國第一台車載可移動測風激光雷達投入奧帆賽氣象服務后，可以實時觀測賽場風的平面分佈，激光束一掃，就能探測到300公里範圍內的暴雨、冰雹、大面積降水等。測風激光雷達技術用於比賽氣象服務，這在百年奧運史上尚屬首次。7月29日，記者來到這項技術的誕生地——— 中國海洋大學海洋遙感教育部重點實驗室，實驗室負責人劉智深教授向記者講述了研發過程。

辛苦研發十幾年終站到國際前沿：使用激光雷達測風，整個過程只需要兩三個人在車內操作就可以，非常便捷。”劉智深教授告訴記者，這樣一台小小的設備卻凝聚著研究人員十幾年的心血。測風激光雷達是20世紀八十年代發展起來的一項高新技術。在此之前，國際上一般採用氣象站、微波技術等方法來測風，但這些方法都不完善：氣象站受空間限制較大；微波技術適用於一定範圍的波長，在陰雨情況下監測效果較好，遇到晴朗天氣效果就會大打折扣。激光雷達可以實現晴空探測，實時提供高精度、高解析度的大氣風場信息，已經成為國際上測量風場的最先進技術。但是目前，只有美國、德國、法國等少數國家掌握這項技術。從20世紀90年代初，劉智深教授率領的海洋遙感教育部重點實驗室就開始瞄準國際前沿，著力於激光雷達測風的課題研究。在國家863項目、國家自然科學基金項目、教育部985項目等項目的大力支持下，技術逐漸成熟。2005年，國家氣象局認識到以往的微波技術已經不能滿足氣象需求，中國海洋大學與中國電子科技集團第十四研究所開始聯合研製移動式測風激光雷達。

奧運史上首用激光雷達測風：開始研製激光測風雷達時，特殊的激光頻率控制系統和掃描轉鏡需要依賴進口，價格十分昂貴，而外國以有軍事應有為由，嚴格限制對亞洲國家的產品出口。經過課題組的艱苦攻關，中國自主研製的設備已經成功應用在測風激光雷達當中，性能優異，成本也大幅降低了。這台設備是中國第一台能夠快速、高解析度測量大氣三維立體風場的激光雷達，它能夠為帆船比賽提供高精度的海面風場信息，為比賽氣象保障服務注入更多科技力量。2006年青島國際帆船賽期間，研究人員為帆船賽提供了高精度的海面風場信息，可移式測風激光雷達的測量結果與同步測量相控陣聲雷達、海面浮標等儀器的測量結果吻合較好，能夠為帆船比賽提供更加可靠的氣象信息服務。在經過2006、2007兩屆國際帆船賽的測試后，市氣象局將此項高新技術設備應用於奧運會，這也是奧運會歷史上首次使用激光雷達技術測風。

[1]北京巨力創新科技開發有限公司 http://www.chinabjjuli.com/_d268805083.htm