走航式激(ji)光(guang)雷(lei)達

壹(yi)、試驗背(bei)景

本(ben)次測(ce)試是(shi)國(guo)家自然(ran)科學基(ji)金共享(xiang)航(hang)次觀測(ce)，2014 年(nian) 5 月(yue)，中(zhong)國(guo)海(hai)洋(yang)大(da)學科學考(kao)察船(chuan)“東方(fang)紅 2 號(hao)"搭載三(san)維(wei)掃(sao)描型脈(mai)沖(chong)相(xiang)幹多(duo)普(pu)勒(le)測(ce)風(feng)激(ji)光(guang)雷(lei)達，在黃(huang)渤(bo)海(hai)進(jin)行海(hai)氣(qi)邊界層風(feng)場(chang)實驗。

船(chuan)載相(xiang)幹多(duo)普(pu)勒(le)測(ce)風(feng)激(ji)光(guang)雷(lei)達（加(jia)裝(zhuang)高(gao)精(jing)度(du)雙天(tian)線(xian)GPS 慣導）

春季(ji)黃渤(bo)海(hai)航次歷(li)時(shi) 25 天(tian)，分(fen)為兩個(ge)航(hang)次：**航次為 2014 年(nian)04 月(yue) 27 日(ri)到(dao) 05 月(yue) 06 日(ri)的(de)南黃海(hai)航(hang)次，如圖(tu) 1 點(dian)線(xian)所示；**航(hang)次為 2014 年(nian) 05 月(yue) 07 日(ri)到(dao) 05 月(yue) 21 日(ri)的(de)北(bei)黃海(hai)-渤(bo)海(hai)航次，如圖(tu) 2 點(dian)線(xian)所示。

相(xiang)幹激(ji)光(guang)雷(lei)達主要(yao)實(shi)驗內(nei)容(rong)為海面風(feng)場(chang)觀測(ce)和風(feng)廓(kuo)線(xian)測(ce)量(liang)。另(ling)外， 激(ji)光(guang)雷(lei)達與(yu)探空氣(qi)球在同(tong)壹(yi)地點(dian)進(jin)行了(le)為期17 天(tian)36 個(ge)時(shi)間(jian)段(duan)的(de)同步(bu)對(dui)比(bi)觀測(ce)，並將(jiang)兩者獲取的(de)風(feng)速(su)數(shu)據(ju)進(jin)行對(dui)比(bi)印證。

圖(tu) 1 **航(hang)次站(zhan)位(wei)圖(tu)-“東方(fang)紅(hong) 2 號(hao)"考(kao)察船(chuan)春季(ji)南黃海(hai)航(hang)次

圖(tu) 2 第(di)二(er)航(hang)次站(zhan)位(wei)圖(tu)-“東方(fang)紅(hong) 2 號(hao)"考(kao)察船(chuan)春季(ji)北(bei)黃海(hai)-渤(bo)海(hai)航(hang)次

圖(tu) 3  現場(chang)安裝(zhuang)圖(tu)

相(xiang)幹多(duo)普(pu)勒(le)激(ji)光(guang)雷(lei)達能快(kuai)速(su)獲取風(feng)速(su)風(feng)向(xiang)廓(kuo)線(xian)，在觀測(ce)時，為避(bi)免(mian)障(zhang)礙物對觀測(ce)的(de)幹擾，激(ji)光(guang)雷(lei)達安裝(zhuang)在相(xiang)對較(jiao)高(gao)的(de)二層甲(jia)板。由於船(chuan)載平臺(tai)是(shi)非穩(wen)定平(ping)臺(tai)，導致(zhi)激(ji)光(guang)雷(lei)達測(ce)量(liang)時激(ji)光(guang)光(guang)束(shu)的(de)指(zhi)向(xiang)與(yu)設定方(fang)向(xiang)出現偏(pian)差，引(yin)起(qi)測(ce)量(liang)風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)和(he)大(da)氣(qi)邊界層高(gao)度(du)偏(pian)差，同(tong)時(shi)載船(chuan)本(ben)身(shen)的(de)運動(dong)速(su)度(du)也(ye)會(hui)疊(die)加(jia)到(dao)測(ce)量(liang)的(de)徑向速度(du)中(zhong)，造(zao)成(cheng)風(feng)速(su)測(ce)量(liang)誤差，垂(chui)直(zhi)速度(du)對(dui)分(fen)辨(bian)率(lv)要(yao)求較高(gao)，受(shou)到(dao)船(chuan)體姿態的(de)影響(xiang)尤為明(ming)顯，因(yin)此船(chuan)體(ti)航(hang)行(xing)姿態和(he)海(hai)洋湧浪(lang)等環(huan)境(jing)影響(xiang)不(bu)能被(bei)忽(hu)略，需要(yao)對(dui)原(yuan)始(shi)數(shu)據(ju)進(jin)行姿態校正。

船(chuan)載測(ce)風(feng)激(ji)光(guang)雷(lei)達姿態校正流(liu)程(cheng)

二(er)、雷(lei)達走航探測(ce)結果及與(yu)探空氣(qi)球對(dui)比分(fen)析

海(hai)上(shang)風(feng)場(chang)測(ce)量(liang)的(de)常(chang)用(yong)手段(duan)之(zhi)壹(yi)是(shi)探空氣(qi)球，是(shi)目(mu)前(qian)各項對比(bi)實驗比(bi)較(jiao)準(zhun)確的(de)參考(kao)依據(ju)。本(ben)實(shi)驗探(tan)空氣(qi)球可(ke)獲得(de)某時(shi)刻(ke)比較準(zhun)確的(de)風(feng)廓(kuo)線(xian)信息，將(jiang)激(ji)光(guang)雷(lei)達風(feng)速(su)校正反(fan)演結果與(yu)探空氣(qi)球風(feng)探(tan)測(ce)結果進(jin)行比(bi)對(dui)，驗證(zheng)激(ji)光(guang)雷(lei)達的(de)準確性。

2014 年(nian) 05 月(yue) 09 日(ri) 15 時(shi)進(jin)行了(le)系(xi)泊測(ce)量(liang)，2014 年(nian) 05 月(yue) 13 日(ri)

07 時(shi)進(jin)行了(le)走航測(ce)量(liang)，將這(zhe)兩個(ge)時(shi)刻的(de)激(ji)光(guang)雷(lei)達數據(ju)提(ti)取出來與(yu)探空氣(qi)球觀測(ce)的(de)風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)進(jin)行對(dui)比(bi)。風(feng)速(su)在系(xi)泊測(ce)量(liang)時變化(hua)較小(xiao)，走航(hang)測(ce)量(liang)時修正效(xiao)果很(hen)明(ming)顯；風(feng)向(xiang)在系(xi)泊和(he)走航測(ce)量(liang)時都(dou)有(you)較(jiao)明(ming)顯的(de)變化(hua)。

圖(tu) 4、5 為系(xi)泊測(ce)量(liang)的(de)風(feng)廓(kuo)線(xian)的(de)結果比(bi)對(dui)，測(ce)量(liang)時間為 2014 年(nian)05 月(yue) 09 日(ri) 15 時(shi) 52 分(fen)，對(dui)應(ying)站(zhan)點圖(tu)位(wei)置(zhi)（37.00°N,122.86°E）。與(yu)探空氣(qi)球對(dui)比結(jie)果較(jiao)好。

圖(tu) 4  船(chuan)體(ti)系(xi)泊測(ce)量(liang)時（2014 年(nian) 05 月(yue) 09 日(ri) 15 時(shi) 52 分(fen)），2.4km 以(yi)下(xia)相(xiang)幹激(ji)光(guang)雷(lei)達校正前(qian)（藍線）與(yu)探空氣(qi)球（紅(hong)線(xian)）的(de)風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)對(dui)比(bi)

圖(tu) 5  船(chuan)體(ti)系(xi)泊測(ce)量(liang)時（2014 年(nian) 05 月(yue) 09 日(ri) 15 時(shi) 52 分(fen)），2.4km 以(yi)下(xia) 相(xiang)幹激(ji)光(guang)雷(lei)達校正後（藍線）與(yu)探空氣(qi)球（紅(hong)線(xian)）的(de)風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)對(dui)比(bi)： (a)風(feng)速(su)；(b)風(feng)向(xiang)

圖(tu) 6、7 所示的(de)是(shi)走航測(ce)量(liang)的(de)風(feng)廓(kuo)線(xian)的(de)結果比(bi)對(dui)，測(ce)量(liang)時間為 2014 年(nian) 05 月(yue) 13 日(ri) 07 時(shi) 44 分(fen)，對(dui)應(ying)站(zhan)點圖(tu)位(wei)置(zhi)為（38.93°N,119.75°E）。與(yu)探空氣(qi)球對(dui)比結(jie)果比(bi)較(jiao)好。

圖(tu) 6 船(chuan)體(ti)走航測(ce)量(liang)時（2014 年(nian) 05 月(yue) 13 日(ri) 07 時(shi) 44 分(fen)），1.8km 以(yi)下(xia) 相(xiang)幹激(ji)光(guang)雷(lei)達校正前(qian)（藍線）與(yu)探空氣(qi)球（紅(hong)線(xian)）的(de)風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)對(dui)比(bi)： (a)風(feng)速(su)；(b)風(feng)向(xiang)

圖(tu) 7 船(chuan)體(ti)走航測(ce)量(liang)時（2014 年(nian) 05 月(yue) 13 日(ri) 07 時(shi) 44 分(fen)），1.8km 以(yi)下(xia)相(xiang)幹激(ji)光(guang)雷(lei)達校正後（藍線）與(yu)探空氣(qi)球（紅(hong)線(xian)）的(de)風(feng)速(su)風(feng)向(xiang)對(dui)比(bi)

圖(tu) 8 測(ce)量(liang)期間(jian)激(ji)光(guang)雷(lei)達與(yu)探空氣(qi)球風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)數(shu)據(ju)的(de)比對散點圖(tu)

圖(tu) 9 典(dian)型(xing)風(feng)廓(kuo)線(xian)數(shu)據(ju)產(chan)品(pin)