【摘 要】
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基于多普勒效应的传感器的开发和应用使得获取各种尺度的气象信息成为可能,相干多普勒激光雷达系统以其高时空分辨率,高精度,多角度测量成为晴空风场测量的有效手段之一,除了
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基于多普勒效应的传感器的开发和应用使得获取各种尺度的气象信息成为可能,相干多普勒激光雷达系统以其高时空分辨率,高精度,多角度测量成为晴空风场测量的有效手段之一,除了风场测量还可以进行大气湍流、飞机尾涡和风切变等观测,在气象预报和航空飞行安全等领域发挥重要作用。本文首先介绍了相干多普勒激光雷达的测风原理,其次是基于全光纤的相干多普勒激光雷达硬件系统结构以及测量模式和反演算法的介绍。本文的数据处理部分采用图形化编程语言Lab VIEW编写,并结合MATLAB高效直观地将结果图呈现出来。本文研究的主体部分是相干多普勒激光雷达在风电和海气边界层风场两方面的应用介绍和数据分析。由于风电场选址和设计受到地形和环境风场的影响,精细化的风场测量对于风资源评估和风电场运行有着重要意义。本文除了介绍相干多普勒激光雷达在海陆风电场的风场观测实验和结果分析,还对风机尾流场进行了观测分析。由于风机尾流会影响风机发电效率和服务寿命,测量风机尾流对优化风机布局、提高风机效率、延长风机寿命和提高风电场土地利用率有重要参考价值。最后介绍了基于相干激光雷达风机控制的观测结果。海气边界层大气运动影响着全球循环和物质能量交换,风速是计算动量通量等的重要参数,本文介绍了基于相干多普勒激光雷达的海上风场观测的可行性。船载相干多普勒激光雷达系统进行实验测量,并根据测量数据进行风廓线和垂直速度反演,为了消除船体姿态对测风准确度的影响,研究了船体姿态校正算法和印证结果。最后介绍了垂直速度分辨率优化反演结果,这对海气边界层风场与湍流等各种尺度天气现象的观测研究具有积极意义。
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