科技科普:海洋深處的眼睛——激光雷達
發(fā)布時間:2021-08-02
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  雷達在我們生活中的應用很廣泛,氣象預報、資源探測、大氣物理等活動都需要借助雷達。在海洋探測活動中,激光雷達被譽為海洋深處的眼睛,透過它,我們可以穿越深邃的海水,探知諸多海洋奧秘。?

  激光雷達最特別之處在于,它發(fā)射的是激光而不是無線電波。因此,激光雷達利用了激光光源單色性好、準直性強和功率高的種種優(yōu)點。海洋激光雷達激光光源的工作波長一般位于海水的“藍綠窗口”,在此波段激光雷達對海水有很強的穿透能力。?

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  根據(jù)激光雷達探測機制的不同,可以分為多種不同的類型,主要用于測量海水的粒子散射、喇曼散射、布里淵散射、熒光、海水吸收等特性。海洋激光雷達通常采用飛機運載的方式工作,即把激光雷達搭載在飛機上,從高高的空中探測海洋。它的工作原理與醫(yī)學領域廣泛采用的“CT機”相似,工作時,先用激光雷達向海水發(fā)射一束激光,然后分別接收不同深度返回的信號,接著根據(jù)不同的探測機制,對返回的信號進行分析研究,從而獲取不同海洋深度的相關信息。?

  目前海洋激光雷達已被廣泛應用于海洋環(huán)境和水下目標探測等領域,如淺海水深、潛艇、海洋葉綠素濃度和海洋污染探測等。葉綠素濃度測量就是熱點項目之一,這是因為浮游植物是其他海洋生物的直接或間接的食物來源,在所有的海洋生物中占有特殊而重要的地位,其數(shù)值與估計海洋初級生產(chǎn)力、全球通量和眾多海洋現(xiàn)象研究緊密相關。傳統(tǒng)的測定方法有許多局限性,一來依靠人工逐點采樣,范圍??;二來分析速度很慢,效率不高。海洋激光雷達的出現(xiàn)恰好彌補了這種遺憾,可以對大面積,甚至全球范圍內(nèi)水域的葉綠素濃度進行實時、動態(tài)監(jiān)測。?

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  測量海水深度也需要激光雷達“大顯身手”,激光器可以從空中向下發(fā)射一個激光脈沖,當該脈沖到達海洋表面時部分被反射回來,另一部分到達海底之后會再反射回來。激光雷達在空中接收到這兩個反射信號,并測出它們的時間間隔,用這一時間間隔乘以激光在海水中的傳播速度,就可以算出海水的深度。?

  本文由國家海洋局霍云龍進行科學性把關。??

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