[发明专利]气象观测用激光雷达

说明书

本发明提供一种气象观测用激光雷达，其能够测量气温、水蒸气浓度、气溶胶、风向/风速、臭氧浓度、CO₂浓度等的高度分布，无论昼夜，都能够稳定且连续地进行测量。气象观测激光雷达向空中照射特定波长的激光来观测所产生的散射光，该气象观测激光雷达具备：光学系统，其向空中照射激光；以及防尘部，其使光学系统的收纳空间清洁。

技术领域

本发明涉及气象观测用激光雷达。

背景技术

近年来，局部暴雨等异常气象持续发生，期望提高气象预测的精度而在早期阶段预测异常气象的发生，采取对策。已知为了提高气象预测精度，除了地表的各种气象要素的观测、利用雷达的上空的观测以外，观测大气边界层内的气温、水蒸气浓度、风向/风速的垂直分布，将该数据投入到气象预报模型中进行计算是有效的。

激光雷达测量上空的气温、水蒸气浓度、风向/风速的垂直分布。测量风向/风速的激光雷达作为多普勒激光雷达被产品化，在风力发电站的建设时用于进行风况调查等。

在此，对测量上空的水蒸气浓度分布的拉曼激光雷达进行说明。测量水蒸气浓度分布的激光雷达有两种方式，一种是差分吸收方式(DIAL：Differential AbsorptionLidar，差分吸收激光雷达)，另一种是拉曼方式。

差分吸收方式将两个接近的波长的激光向上空射出。第一个波长是水蒸气所进行的吸收较小的波长(λoff波长)，第二个波长是水蒸气所进行的吸收较大的波长(λon波长)。此时，在地上观测被上空的气溶胶等弹性散射的光，比较两个波长的光的每个高度的衰减率，来测量水蒸气浓度。在该方法中，需要非常精密地控制两个波长，需要1pm以下的波长稳定度。

拉曼方式是使激光射到上空，在地上捕捉被H₂O、N₂分子散射掉的光中的振动拉曼散射光来测量水蒸气浓度分布的方式。拉曼散射光的强度非常弱，高精度地对其进行检测是重要的。

拉曼方式的研究开发中使用的激光一般使用YAG激光的高次谐波，一般使用波长355nm。在使用355nm的波长时，基于H₂O、N₂的拉曼散射光波长分别为387nm、405nm，在检测该波长的光时，在白天，太阳光混合而成为噪声，高精度地检测拉曼散射光非常困难。因此，使用该波长的水蒸气浓度测量通常限于夜间。

气温测量用拉曼激光雷达也一般使用波长355nm的激光，但同样地太阳光成为噪声，在白天无法高精度地进行测定。

作为消除白天的太阳光的影响、在昼夜高精度地进行测量的方法，有使用了作为处于UVC区域(波长200～280nm)的YAG激光的4倍波的波长266nm的拉曼激光雷达(参照下述非专利文献1)。在使用该波长的激光时，基于大气中的H₂O、N₂的拉曼散射光的波长分别为295nm、284nm。波长300nm以下的太阳光被上空的臭氧层(高度10～50km)吸收，几乎无法到达地表，太阳光难以成为噪声。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：M.Froidevaux、其他6名、“A new lidar for water vapor andtemperature measurements in the Atmospheric Boundary Layer”、AsiaFluxNewsletter Issue 28、13-17、2009年3月

发明内容

发明所要解决的问题

利用上述的UVC区域的波长的激光的优点，进行了波长266nm的拉曼激光雷达的研究开发。但是，研究开发的主流是使用355nm的波长，没有能够利用266nm的拉曼激光雷达进行稳定的连续测量的例子。这是因为，通常使用266nm的激光雷达无法稳定地进行连续测量。其理由在于，生成4倍波的非线性晶体单元、激光反射镜等光学元件容易被激光损伤。