[发明专利]一种大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法

权利要求书

1.一种大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：以氧气分子a¹Δ_g→X³Σ_g跃迁的^RQ(9)、^SR(3)、^RR(9)强线组合或^PQ(19)、^OP(11)、^PP(19)弱线组合为多普勒差分干涉仪的观测目标源；多普勒差分干涉仪同时观测三条目标谱线，得到包含三种不同空间频率和强度的复合叠加干涉图，每条谱线的中心波长和谱线强度与组成复合叠加干涉图的一种单频干涉图的空间频率和强度一一对应；

步骤二：对复合叠加干涉图进行傅里叶变换得到三条目标谱线的复数复原光谱；

步骤三：基于三条目标谱线的复数复原光谱，分别计算得到风场、温度场和臭氧浓度；其中：

风场计算，是先将三条复原谱线分离出来，得到每条目标谱线在正频率空间的复数复原光谱，再对复数复原谱进行傅里叶变换即得到单一目标谱线的单频复数干涉图，利用单频复数干涉图的虚部与实部比值的反正切计算出基础光程差采样点的相位值，进而计算出视线方向的大气风速；

温度场计算，是先计算复数复原光谱的模得到三条目标谱线复原光谱的相对强度，根据其中任意两条谱线相对强度变化即得到大气温度信息；

臭氧浓度计算，是先计算复数复原光谱的模得到三条目标谱线复原光谱的相对强度，再利用绝对辐射定标数据对复原光谱进行校正，得到大气成分目标谱线辐亮度，即得到臭氧浓度。

2.根据权利要求1所述的大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法，其特征在于，风场计算过程中，利用单频复数干涉图的虚部与实部比值的反正切计算出基础光程差采样点的相位值，如式(1)所示：

δσ＝σ₀·v/c (3)

式中κ_i＝4tanθ_L(σ-σ_L)为入射谱线波数σ和干涉仪Littrow波数σ_L决定的频率因子，θ_L为干涉仪光栅Littrow角；x为干涉图采样点，φ_i为基础光程差对应第i条谱线的基础相位，为谱线频移量δσ对应的相位变化量，和为第i条谱线采样点对应的复数干涉图的虚部和实部，v为风速，OPD₀为基础光程差，c为真空光速；进一步利用式(3)计算出视线方向大气风速。

3.根据权利要求1所述的大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法，其特征在于，温度场按照下式计算：

式中，E”₁及E”₂、A₁及A₂、S₁(T₀)及S₂(T₀)分别为两条气辉谱线的低态能级、谱积分强度及参考谱线强度，h、c、K_B分别为普朗克常数、真空光速及玻尔兹曼常数。

4.根据权利要求1所述的大气风场、温度场及臭氧浓度的多普勒差分探测方法，其特征在于，臭氧浓度计算具体是：通过对多普勒差分干涉仪进行绝对光谱辐射定标，确定实数复原光谱强度与入射光谱之间的关系，进而得到入射光谱辐射强度，根据气辉辐射和大气传输理论得到观测大气区域处于a¹Δ_g态的O₂分子浓度；通过求解a¹Δ_g态的O₂分子浓度，并根据光解作用的化学反应方程式，即反演得到O₃分子浓度。