多普勒非对称空间外差仪探测高层大气风速的三种方法比较研究

作     者：李文文 惠宁菊 李存霞 刘洋河 方妍 李凌青 王彦龙 唐远河 Li Wen-Wen;Hui Ning-Ju;Li Cun-Xia;Liu Yang-He;Fang Yan;Li Ling-Qing;Wang Yan-Long;Tang Yuan-He

作者机构：西安理工大学理学院西安710048 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2023年第72卷第24期

页      面：123-132页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0706[理学-大气科学] 0703[理学-化学] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:41975040) 陕西省自然科学基金(批准号:2020JZ-46,2021JQ-469)资助的课题 

主　　题：非对称空间外差光谱仪 “四强度法” 傅里叶变换 测风 

摘      要：采用多普勒非对称空间外差仪(Doppler asymmetric spatial heterodyne,DASH)被动遥感探测高层大气风速,目前有傅里叶级数法和流行的傅里叶变换两种测风方法.本文提出“四强度法测风.比较研究了傅里叶级数法、傅里叶变换法和“四强度法测风的原理、正演、噪声和反演等内容,3种测风方法均从DASH斐索干涉条纹的相位差变换而来.假设风速为0—100 m/s,利用傅里叶级数法、傅里叶变换法和“四强度法得到正演的斐索干涉图后,再对应得到正演风速的误差分别为2.93%,4.67%和3.00%.人为添加均值为0、标准差为0.1的高斯噪声后,假设风速是0—100 m/s,用傅里叶级数、傅里叶变换和“四强度法分别对平场后的数据正演,得到相对误差对应分别为2.30%,11.66%,2.27%.人为添加高斯噪声后,假设风速为31—39 m/s和30.1—30.9 m/s,用傅里叶级数法和“四强度法得到正演风速值,两种情况的傅里叶级数法的测风误差是3.55%和4.15%,均高于“四强度法的测风误差2.20%和2.69%.利用GBAII-DASH野外拍摄西安上空98 km的O(1S)557.7 nm气辉,得到天顶角为0°和45°的成像干涉图,再用傅里叶级数、傅里叶变换和“四强度法得到反演风速分别为32.21 m/s,43.55 m/s和32.17 m/s.从DASH的正演、反演结果看,本文提出的“四强度法探测高层大气风速的结果较好,计算简便,测风精度相对较高.