1月初，受生态环境部中国环境监测总站委托，中国气象局气象探测中心（以下简称“探测中心”）专家团队以自主研发的“标准532nm偏振拉曼气溶胶激光雷达”为比对基准，完成了中国环境监测总站冬奥会14部颗粒物监测激光雷达的标校任务，为冬奥会赛场环境监测数据的准确性提供了保障。

       从2017年启动气溶胶激光雷达标校体系建设至今，中国气象局从零起步，自筹“干粮”开展激光雷达标校研发与业务应用，气溶胶激光雷达标校技术进入国内领先行列，填补了国内激光雷达标校业务的空白。

为什么要标校激光雷达？

       气象激光雷达可以针对风场、温度和湿度场以及气溶胶、大气痕量气体等开展高精度测量。目前，我国气象部门布网激光雷达近80部，但由于缺乏系统的软硬件标校技术和设备，不同型号激光雷达的主要观测数据及反演产品业务化水平还有待提高。

       而在激光雷达标校技术成熟的欧洲和美国等地，气溶胶激光雷达网、测风激光雷达网已经发挥了较好的效益。以欧洲为例，其气溶胶激光雷达网（EARLINET）已经开展了20多年的高精度标校，观测数据产品在大气污染监测、数值预报模式和地面卫星标校中得到充分应用。

       近年来，激光雷达在气象、环保等领域应用越来越广泛。但是，受其测量数据不一致、可用信不高等影响，应用效益尚未得到有效发挥。因此，开展激光雷达高精度标校迫在眉睫。

如何标校激光雷达？

       2016年，中国气象局启动超大城市综合观测试验项目，探测中心开始探索对多部激光雷达进行统一标校。

       2017年，中国气象局引进并吸收EARLINET标校技术，在北京南郊观象台开展了为期一年的标校试验，建立了单部雷达软硬件标校和基于统计分析方法的多部雷达相互比对观测标校的方法和流程。

       2018年，具有我国自主知识产权的“标准532nm偏振拉曼气溶胶激光雷达”（以下称“标准雷达”）研制成功。该雷达在欧洲与EARLIENT标校中心的多波长标准气溶胶激光雷达开展了比对观测标校，结果显示，我国的标准雷达与EARLINET标准雷达的观测数据一致性非常好，可作为国内量值传递的标准源，成为气溶胶激光雷达在站比对观测标校标准器。此外，由于我国的标准雷达采用了高低空数据拼接、极小重叠过渡区和收发同轴等光学设计，因此具备观测数据动态范围更大、低空盲区和过渡区更小，以及信噪比更高、探测距离更远等特点。

       2019年，探测中心乘势而上，研制出完全具有自主知识产权的气象激光雷达光电信号发生器，可模拟晴空、薄云、轻度霾污染、重度霾污染等多种天气条件下的回波信号，解决了在真实大气环境中比对标校时需要等待天气过程以及标校时间长等问题；通过建立在站标校实施、在线标校方法和技术规范，实现激光雷达在线和远程标校功能，解决了标准雷达无法“亲临”所有雷达站标校的问题，大大提高了全国激光雷达的标校效率。

       此外，多普勒测风激光雷达标校工作也进展迅速，探测中心联合北京、天津和深圳等地气象局，以及国内多个大学、科研院所和国内主要生产厂家建成了多普勒激光雷达比对标校体系，并于2020年初完成20个型号的激光雷达比对试验，其结果为北京冬奥会探测装备选型提供了重要参考依据。

应用效益如何？

       此前，由于数据可用性等问题，气溶胶等激光雷达尚未得到气象行业列装许可和业务应用。

       随着标校技术和体系日趋完善，改进后的气溶胶激光雷达数据精度大大提高，达到了业务应用水平，并于2021年被列入业务装备。按照气象“十四五”规划，未来160多部激光雷达将上岗“执勤”。

       同时，国内激光雷达厂家纷纷学习探测中心开展标校的经验，在雷达出厂前加入标校环节，使激光雷达从没有任何标准转变为完成标校出厂，整体提升了数据精度和产品性能，推动了激光雷达产业发展。

       数据显示，截至2021年末，激光雷达原始信号在低空范围内平均相对偏差降低到20%以内，组网气溶胶激光雷达探测数据相对偏差范围从2017年标校前大于90%减少到2019年的17%以内，达到国际先进水平。

       2021年，在中国共产党成立100周年庆祝活动中，北京南郊的激光雷达生成的边界层高度和水平能见度等产品，为飞行表演顺利进行提供了有力的气象保障。在国家级气象预报决策服务中，标校后的气溶胶激光雷达产品也得到充分应用。

       此外，激光雷达气溶胶消光系数廓线资料用于气溶胶数据同化，明显改进气溶胶同化分析场的三维结构；用同化激光雷达廓线资料得到的三维分析场作为模式的初始场，能有效改进气溶胶模式预报效果。在参加了激光雷达成果鉴定会后，中国科学院院士龚健雅表示，中国气象局具备占领激光雷达标校高地的技术，建议将其推向整个行业应用。

       下一步，中国气象局雷达气象中心将继续强化风场、温湿度探测激光雷达的标校能力建设，建成达到国际先进水平的气象激光雷达标校中心，为气象行业提供更加精准、完善的服务。

（作者：简菊芳 责任编辑：张林）

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