图一 车载可移动多普勒测风激光雷达。

 

图二 夜间工作时，激光在夜空扫过一个绿色的“扇区”。

 

图三 2006年8月，青岛国际帆船赛期间，用该系统测风速时，激光打出的亮点被市民误认为“UFO”。

 

图四 车载可移动多普勒测风激光雷达内部。

 

青岛夜空惊现“UFO”

 

2006年8月，青岛国际帆船赛正在紧张举行。一连几天深夜，青岛市民发现一个奇异的亮点出现在静静的夜空。

 

“UFO！”市民们对着那个绿色的亮点猜测纷纷。

 

“当地的记者好奇地循着亮点的光线查找根源，结果就找到了我们。”中国海洋大学教授刘智深说，“那是我们用车载可移式多普勒测风激光雷达测风速时，激光打出的亮点。”

 

原来，帆船赛对天气条件的要求很高。按照国际帆船赛的要求，比赛要在3米每秒到20米每秒的风速中进行。由于风向、风速、气象、水文等条件的不断变化，竞赛场地也不是固定不变的，它在规定的区域里按照气象水文情况布设。中国海洋大学的多普勒测风激光雷达系统，正是以“科技服务奥运”的精神，实时探测比赛海区的风速、风向等数据，并提供给气象台，供专家分析，作出准确的预报。

 

在青岛市小麦岛的探测现场，中国海洋大学的教授、博士以及年轻的博士研究生，在炎热的天气条件下，每天早中晚不断提供帆船赛场的海面风场数据资料，中国海洋大学校长、副校长及青岛气象局局长也多次亲临指导探测。

 

据青岛气象部门介绍，依靠每天的探空气球数据，很难做到比赛海区风场数据的实时获取，而测风激光雷达的运用，很好地解决了这个问题，时间和空间的分辨率都得到了很大的提高。在2006年的青岛国际帆船赛上，依靠包括激光雷达在内的多种先进气象保障手段，帆船赛组委会完成了计划轮次的92%，这已经是一个很高的水平了，一般国际帆船比赛完成的轮次只有70%左右。

 

2008年，在青岛举办的奥运会帆船比赛将以其特有的魅力吸引全世界的目光。在帆船赛气象保障中，由中国海洋大学和中国电子科技集团第十四研究所联合研制的车载可移式多普勒测风激光雷达将为精细天气预报提供服务，该系统是我国第一台能够快速、高分辨率测量大气三维立体风场的激光雷达，它将为帆船比赛提供高精度的海面风场信息，为比赛气象保障服务注入更多科技力量。

 

参加激光雷达研制的科研人员告诉记者，“2006年青岛国际帆船赛期间，研究人员为帆船赛提供了高精度的海面风场信息。同时也为服务2008年奥帆赛积累了宝贵经验。可移式多普勒测风激光雷达的测量结果与同步测量相控阵声雷达、海面浮标等仪器的测量结果吻合较好，能够为帆船比赛提供更加可靠的气象信息服务。

 

“追风”历程

 

从 “九五”开始，刘智深领导的激光遥感课题组，就承担了国家科技攻关项目、国家自然科学基金委项目及激光探测方面的国家项目等，研制成功我国第一台可移动型地基固体激光多普勒测风雷达系统，相继突破了该领域内的多项关键技术难题，2005年，针对气象探测领域的风场信息探测需求，中国海洋大学和中国电子科技集团第十四研究所强合作，共同承担了中国气象局重点工程项目“可移式多普勒激光雷达”。

 

开始研制激光测风雷达时，特殊的激光频率控制系统和扫描转镜需要依赖进口，价格十分昂贵，而且国外公司以有军事应用为由，严格限制对我国的产品出口。经过课题组的艰苦攻关，我国自主研制的设备已经成功应用在测风激光雷达当中，性能优异，扫描转镜有些指标甚至超过国外公司产品，成本却大幅度降低了。

 

在科研人员的共同努力下，项目组在一年的时间里，就研制完成了车载可移式多普勒测风激光雷达系统并投入试验运行。这是中国第一台车载测风激光雷达。2006年7月，在第23届国际激光雷达会议上，中国海洋大学报告了该系统的研制成果，获得了不少国际同行的认同及称赞。

 

科学基金为仪器研制打下基础

 

全球大气风场在大气动力学、天气、气象中有着极其重要的地位，多普勒激光雷达是目前测量全球风场最先进的技术，可实现晴空探测，实时提供高精度、高分辨率的大气风场信息，通过实测数据修改目前数值预报模型，满足精细天气预报的需要，这是目前其他风场测量技术难以达到的，而多普勒激光雷达技术同时也是激光雷达领域技术难度最高者。刘智深提出了基于碘分子吸收滤过器的非相干测风激光雷达技术。这一技术刚一提出，便引起了科技部和国家自然科学基金委员会的高度关注，成为当时的科技攻关项目之一。

 

随着研究的深入，“固体激光多普勒测风雷达”项目成为第一期“863”计划项目的组成部分，这也是中国海洋大学在信息领域里的第一个“863”项目。为了提高精度和稳定性，在第二期“863”计划项目期间，研究人员进行了更加深入的“高稳定性多普勒激光测风雷达数据处理及反演技术研究”。并在自然科学基金仪器专项的重点支持下完成了小型非相干测风激光雷达系统。在系统进入实用化的关键阶段，中国海洋大学将测风激光雷达列入“985工程”重点支持，直接推动了高技术为气象服务的进程。

 

目前，国际上研究激光测风雷达的科研单位主要有美国的NASA、德国空间中心（DLR）、法国国家科学研究中心（CNRS）、日本国立环境研究所（NIES）和美国几所大学。刘智深说：“做出这样的成果，是和国家自然科学基金的长期支持分不开的，这里面的关键技术和原理，都是在自然科学基金的支持下做出来的。我们在所有的基础研究做完之后才敢问鼎工程样机的研制。”