Luận án Nghiên cứu và phát triển kỹ thuật Lidar ứng dụng khảo sát phân bố nhiệt độ và mật độ khí quyển

MỤC LỤC

Danh mục hình . .i

Danh mục bảng . .v

Mở đầu 1

Chương 1

Nguyên lí của lidar xác định mật độ phân tử, nhiệt độ khí quyển . 6

1.1 Nguyên lí chung của Lidar 6

1.2 Khí quyển Trái đất 7

1.2.1 Cấu trúc của khí quyển 7

1.2.2 Thành phần của khí quyển 10

1.3 Tương tác của ánh sáng với khí quyển 10

1.3.1 Tán xạ Rayleigh và sự dập tắt của phân tử 11

1.3.2 Tán xạ Mie và sự dập tắt của sol khí .13

1.3.3 Tán xạ Raman của phân tử .14

1.4 Nguyên lí của lidar xác định phân bố nhiệt độ . .16

1.4.1 Xác định phân bố nhiệt độ .16

1.4.2 Xác định phân bố nhiệt độ từ lidar Rayleigh . 18

1.4.2.1 Xác định mật độ phân tử khí quyển .18

1.4.2.2 Xác định hệ số tán xạ ngược của sol khí .20

1.4.3 Xác định phân bố nhiệt độ từ lidar Raman .22

1.4.4.1 Xác định mật độ phân tử . . 22

1.4.4.2 Xác định hệ số suy hao của sol khí . .23

1.4.4 Xác định phân bố nhiệt độ từ lidar đàn hồi-Raman kết hợp 241.5 Tổng kết chương 1 . 25

Chương 2

Thiết kế và xây dựng các hệ lidar . . .27

2.1 Hệ lidar kết hợp đàn hồi-Raman . .27

2.1.1 Mở đầu .27

2.1.2 Mô tả hoạt động . .30

2.1.3 Đặc trưng .33

2.1.3.1 Khối phát . .33

2.1.3.2 Khối nhận . .33

2.1.4 Tối ưu sự sắp xếp cấu hình của hệ lidar . 38

2.1.5 Đánh giá độ tin cậy và độ ổn định của hệ lidar . .41

2.1.6 Đánh giá tỉ số tín hiệu /nhiễu .44

2.1.7 Thảo luận . . .47

2.2 Hệ lidar Rayleigh - Raman . 48

2.2.1 Phát triển module gated-ống nhân quang điện 48

2.2.1.1 Mở đầu . . 48

2.2.1.2 Thiết kế và hoạt động của module gated-PMT .51

2.2.2 Hoạt động và đặc trưng của hệ lidar Rayleigh - Raman . 55

2.2.3 Các phép đo đánh giá . .58

2.2.4 Thảo luận . . .65

2.3 Kết luận chương 2 . 66

Chương 3

Xác định phân bố mật độ và nhiệt độ khí quyển . . 68

3.1 Mở đầu . .683.2 Phép đo nhiệt độ dùng lidar Rayleigh . .70

3.2.1 Xử lý dữ liệu lidar 70

3.2.1.1 Sơ đồ thuật giải nhiệt độ .71

3.2.1.2 Xác định thừa số tín hiệu lidar hiệu dụng 74

3.2.1.3 Xác định phân bố mật độ phân tử khí quyển .80

3.2.1.4 Xác định phân bố nhiệt độ khí quyển 84

3.2.2 Phân tích sai số nhiệt độ của lidar Rayleigh . .86

3.2.3 Thảo luận . . 88

3.3 Phép đo nhiệt độ dùng lidar Raman .89

3.3.1 Xử lý dữ liệu lidar Raman .90

3.3.1.1 Sơ đồ thuật giải nhiệt độ .90

3.3.1.2 Xác định tín hiệu lidar Raman hiệu dụng . 92

3.3.1.3 Xác định mật độ phân tử khí quyển . 95

3.3.1.4 Xác định phân bố nhiệt độ khí quyển . 99

3.2.2 Phân tích sai số nhiệt độ của lidar Raman . 101

3.3.2 Thảo luận . . .103

3.4 Phép đo nhiệt độ dùng lidar đàn hồi-Raman kết hợp . 104

3.4.1 Xử lý dữ liệu lidar đàn hồi-Raman kết hợp 105

3.4.1.1. Sơ đồ thuật giải nhiệt độ .105

3.4.1.2. Xác định tín hiệu lidar đàn hồi hiệu dụng .107

3.4.1.3 Xác định mật độ phân tử khí quyển 110

3.4.1.4 Xác định phân bố nhiệt độ khí quyển . 112

3.3.2.5 Phân tích sai số nhiệt độ lidar đàn hồi-Raman kết hợp . 114

3.4.2 Thảo luận . . 116

3.5 Kết luận chương 3 .116Chương 4

Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng khí quyển tại Hà nội . .120

4.1 Mở đầu . . 120

4.2 Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng tầng đối lưu . 121

4.2.1. Cấu trúc và đặc trưng nhiệt độ của tầng đối lưu . .121

4.2.2. Mối liên hệ giữa lớp đối lưu hạn và mây Ti tầng cao . .127

4.3 Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng tầng bình lưu khí quyển 128

4.4 Kết luận chương 4 . .131

Kết luận .132

Danh mục các công trình khoa học đã công bố 134

Tài liệu tham khảo . 136

Phụ lục i