第２２卷第７期 ２０１０年７月 强 激 光 与 粒 子 束 ＨＩＧＨ ＰｏＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＩ Ｅ ＢＥＡＭＳ Ｖｏ１．２２，ＮＯ．７ Ｊｕ１．，２０１０ 文章编号： １００１—４３２２（２０１０）０７—１４４９ ０４ 用于大气温度廓线测量的瑞利一拉曼激光雷达 『＼令兵 ， 郭劲秋 ， 田 力 ， 黄兴友 ， 刘 博。， 冯永伟。 （１．南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室，南京２１００４４； ２．中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心，合肥２３００３ｌ； ３．国家知识产权局专利审查协作中心，北京１００１９０） 摘 要： 大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用，为获取高时空分辨的大 气温度的垂直分布，建立了瑞利拉曼温度测量激光雷达。介绍了瑞利拉曼激光雷达进行温度测量的主要原 理和研制的瑞利拉曼激光雷达的主要参数；数据处理方面，通过背景噪声剔除和小波算法降噪提高系统的信 噪比；使用研制的激光雷达对大气温度廓线进行观测。将观测结果与大气模式数据和卫星观测结果进行对比， 均显示较好的一致性，证明了激光雷达温度测量结果的准确性，其温度测量数据可以用于气象学研究。 关键词： 瑞利一拉曼激光雷达； 大气温度廓线； 小波降噪； 温度反演 中图分类号：ＴＮ９５８．９８ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１０２２０７．１４４９ 大气温度是大气物理、天气分析与预报及大气环境研究中的一个重要气象参数。大气温度信息在大气稳 定性研究和动力学研究中十分重要，同时大气温度变化间接反映了臭氧的变化；高空大气温度还与高空重力波 和大气环流结构相关，对温度廓线的长期观测则表明，对流层底部温度与对流层顶部和平流层温度变化趋势相 反ｌＬ１＿３＿。因此，对大气温度的有效监测显得十分重要，世界气象组织（ＷＭＯ）已经制定了建立全球大气温度观 测网的计划。目前，低空大气温度测量还主要依靠地面气象台（站）、探空气球。高空大气温度探测已有的手段 主要包括：火箭、高空探测气球、卫星遥感。火箭和高空探测气球费用昂贵，探测次数受到，卫星遥感需要 地面定标，并且其地面水平距离分辨力和垂直空间分辨力高。激光雷达具有时空分辨力高的特点，并且易于实 现机载甚至星载实现大尺度大气温度的测量，因此大气温度测量激光雷达在国内外发展迅速 ｊ。本文介绍了 激光雷达积分法测量大气温度的原理，建立了综合使用瑞利与振转拉曼技术的激光雷达系统。使用建立的激 光雷达系统对大气温度廓线进行了测量，利用小波原理对光子回波信号降噪提高系统的信噪比；将温度测量结 果与大气模式和卫星数据进行了比较，证明温度测量结果真实可靠。 ｌ 测量原理 平流层中上部（２５～３ｏ ｋｍ以上）气溶胶含量很低，其弹性散射信号相对于大气分子的瑞利散射信号而言 可以忽略，此时，可以近似认为大气回波信号仅包括瑞利散射信号。假设某一高度处大气密度已知，对激光雷 达方程稍加变形，并根据激光雷达回波信号可以得到大气密度廓线，为 ～（ ）一 Ｎ（ 。）丁 （ ， 。） （１） 式中：Ｐ（ｚ），Ｐ（ 。）分别为对应高度上的回波强度；Ｎ（ ），Ｎ（ｚ。）为对应高度上的分子数密度；Ｔ （ ， ）是 到 。激光雷达的双程透过率。再利用理想气体状态方程和微分气压方程，则可以得到待求高度 处的温度为 Ｔ（２ ）Ｎ（ ）＋＿ｉＶ／Ｉ （ｚ ）Ｎ（ ）ｄｚ ）一———— 去厂—一—— （２） 式中：Ｔ（ｚ），Ｔ（ ）分别为待求高度与参考高度的温度；Ｎ（ｚ），Ｎ（ ）分别为待求高度与参考点的大气密度；ｈ 为玻耳兹曼常数；Ｍ为大气分子的摩尔质量。根据瑞利散射信号计算大气温度廓线，参考点的选取要考虑两 个问题：首先，由于向上积分会使误差累积，所以，参考点一般选取在较高的点，具体数值可以使用大气模式值 或者卫星测量值；其次，要考虑参考点处的信噪比，参考点处的信噪比太低，会直接影响大气温度的反演精度。 上述两种问题是相互矛盾的，在实际处理中，要注意兼顾两个方面对反演精度造成的影响。 ＊收稿日期：２００９—１０ ０９； 修订日期：２００９—１２—１０ 基金项目：国家自然科学基金项目（４０８０５０１６）；北极阁基金项目（ＢＪＧ２００８０５） 作者简介： 令兵（１９７６一），男，山东巨野人，博士，讲师，主要从事激光大气探测方面研究工作；ｌｉｎｇｂｉｎｇｐｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒ１］。 强 激 光 与 粒 子 束 第２２卷 地面到近３０ ｋｍ处，气溶胶的弹性散射不能忽略不计，这时，由于瑞利信号受到气溶胶信号的污染，瑞利 散射测温不再可行。利用大气的拉曼散射测温是另外一种大气温度测量手段，其中振转拉曼激光雷达由于接 收的拉曼光与发射光的波长不同，更容易抑制弹性散射的影响，提高系统的信噪比。考虑大气成分的含量和所 占比例的稳定性，拉曼激光雷达一般使用Ｎ。的拉曼信号，其反演温度的方法也与瑞利激光雷达有很大的相似 之处，其区别在于激光雷达方程中透过率项必须写为发射激光与拉曼波长两部分，并要考虑臭氧的影响［７ ，即 离（３）’ Ｎ（ ）：ｊ 瓦 Ｎ ｚ（Ｔｍ（‘ ｏ）Ｔｍ ＮＮ。；ｚ ，ｔａ０ｏ ，Ｚ，ｚｏ）Ｔ￣（ａＮ２，， 。 ｚ，Ｚｏ）Ｔｏ（２￣ｚ， 。￣。 Ｚ）ＺＯ） 式中：Ｐ（ａ ， ）为Ｎ 分子拉曼散射信号度；Ｔ （ 。， 。， ，ｚ。），Ｔ （ Ｎ。， ｏ，ｚ， ），Ｔ（）（ ，Ａｏ，２， ｏ）分别为大气 分子的透过率、大气气溶胶的透过率和臭氧的透过率，其中Ｔ （ ， 者是大气模式数值。 ， ）可以用探空资料、激光雷达资料或 ２激光雷达系统 系统采用５３２ ｎｍ的激光作为发射光源，其单脉冲能量为２００ ｍＪ，重复频率为２０ Ｈｚ，接收系统使用直径为 ４００ ｍｍ的卡塞格林望远镜。发射激光与大气相互作用后的回波信号由望远镜收集，为减少背景噪声，近焦点 处有一小孔用于压缩望远镜系统的视场角。后向散射信号经过准直后分别进入瑞利、拉曼、米３个通道，每个 通道探测器前面均放有对应的窄带滤光片，其中５３２ Ｄｍ滤光片峰值透过率为４０ ，带宽为０．３ ｎｍ；６０７ ｎｍ滤 光片的峰值透过率为５０％，带宽为０．２ ｎｍ。拉曼通道用于探测Ｎ。分子的拉曼散射——６０７ ｒｉｍ光信号，根据 Ｎ 分子的浓度结合米通道测量的气溶胶特性反演低空大气温度；米通道，采用模拟探测的方式探测对流层以 内气溶胶的光学特性；瑞利通道前除窄带滤光片外，还有一个带有不同透过率衰减片的转轮，通过将不同衰减 片转至光路中能够使高空５３２ Ｔｉｍ信号受到不同程度的衰减，可以探测高空温度，也可以探测低空气溶胶。由 于瑞利通道与拉曼通道共用一个光子计数卡，两通道的垂直分辨力分别１５０ ｍ和３０ ｍ，在实际测量过程中，只 能对高低空进行分别测量，一般以１０ ０００脉冲积分作为一个数据文件，分别测量后，再将高低空温度合成一个 大气温度廓线。 ＤＢＳ：ｄｉｓｃｂｒｏｉｃ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｐ ｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｔ ｌｉｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆ ＩｔＳ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 图１ 激光雷达结构示意图及接收系统照片 ３激光雷达试验结果 ３．１ 回波信号的小波降噪 图２（ａ）为所测的大气瑞利散射原始信号，积分时间为１０ ０００个脉冲，ｌ８．６ ｋｍ处光子回波数少，主要原因 是光电倍增管的门控没有完全打开，第二个数据即达到最大值说明门控已经完全打开（门控打开时间一般小于 １ ｓ，对应空间距离为１５０ ｍ），因此，在数据处理时，首先应该剔除门控打开后的第一点。随着高度的增加，光 子个数显现出很强的散粒特性，增加积分脉冲个数可以减小散粒特性，增强信噪比，但牺牲了激光雷达的时间 分辨力，因此，采用小波降噪的方法对原始信号进行降噪。小波分析克服了短时傅里叶变换在单分辨力上的缺 陷，具有多分辨力分析的特点，在时域和频域都有表征信号局部信息的能力，时间窗和频率窗都可以根据信号 的具体形态动态调整，因此始最为常用的信号处理方法之一。对激光雷达信号使用ｄｂ３小波进行３层次的分 解，利用软阂值法进行降噪，结果如图２（ｂ）中实线所示，显然信噪比原始数据（图２（ｂ）虚线）有了很大的提高。 第７期 卜令兵等：用于大气温度廓线测量的瑞利一拉曼激光雷达 １４５１ 图２（ｃ）中分别为选用不同的小波基（ｄｂ３和ｄｂ４），对原始信号进行降噪的结果，选用ｄｂ３与ｄｂ４降噪的效果基 本相同，都能很好的提高信噪比，由此也说明Ｔ４，波降噪用于激光雷达数据处理过程的有效性。 Ｅ ０口０暑 ∞ ∞ 如 加 ｌ０ 】Ｏ０ １ ０００ １０ ０００ ｐｈｏｔｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ｐｈｏｔｏｎ ｎｕｍｂｅｒ Ｆｉｇ．２ Ｄａｔａ ｏｆ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ 图２激光雷达信号及降噪处理 ３．２激光雷达测量结果与大气模式数据对比 图３中实线为２００８年ｌ１月２５日实测的大气温度廓线，点线为大气模式温度廓线。其中图３（ａ）为利用拉 曼散射信号所测量的温度廓线，大于１６ ｋｍ处，由于收集到的光子个数的减少，测量温度误差较大，低空则主 要是受到气溶胶的影响，温度误差较大，温度廓线在１Ｏ～１６ ｋｒｎ处于模式数值吻合较好。图３（ｂ）为利用瑞利 信号所测的大气温度廓线，瑞利测量结果在２８～３５ ｋｍ之间与模式相差较大，最大为５ Ｋ，再往高空，温度差别 变小，特别是瑞利测温较好的反演出了逆温层的存在。需要指出的是，在瑞利信号的反演过程中，背景光子的 扣除对低空影响较小，但对高空影响很大，因此，要进行合理的扣除背景。本文选９Ｏ～１２０ ｋｍ之间回波的平 均光子个数为背景噪声，各个高度均减去该光子个数。参考高度的选取对瑞利测温也有很大的影响，由于向下 反演是收敛的，因此，一般在信噪比可以忍受的情况下，可取需要测量的最高点作为参考，该数值可以取自卫星 测量值或大气模式。 ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／Ｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／Ｋ Ｆｉｇ．３ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ａｔ ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｍｏｄｅｌ ｄａｔａ 图３ 实测大气温度廓线与大气模式数据的对比 ３．３ 激光雷达测量结果与卫星数据对比 大气模式是大气参数长期观测的结果，是某具体量的长时期 内的平均值，具体到某一天其温度廓线真值未必与大气模式相 同，特别是低空，其温度廓线更是复杂多变，可比性更差。卫星测 温是另外一种温度测量方法，卫星资料以其资料数据全面易得、 范围覆盖广而逐渐成为研究高空温、压、湿的主要手段，２００２年 发射的Ａｑｕａ卫星所携带的大气红外探测仪（ＡＩＲＳ），提高了对 流层温度廓线测量准确度及大气湿度测量准确度，使１ ｋｍ对流 ２００ ２２０ ２４０ ２６０ ２８０ 层温度准确度达到１Ｋ。而且其探测温度高度可达约６０ ｋｍ，这 ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／Ｋ Ｆｉｇ．４ Ｃｏｍｐａｒｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｄａｒ ａｎｄ ＡＩＲＳ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ 是常规探空所不及的，卫星每天两次过境，能够在时间上与激光 图４激光雷达测量结果与卫星测量结果的对比 １４５２ 强 激 光 与 粒 子 束 第２２卷 雷达测量数据尽量靠拢。图４为２００８年１１月２５日，ＡＩＲＳ的温度测量数据，卫星观测点与激光雷达所在点相 距３５．１３ ｋｍ。可以看出，拉曼测温数据与卫星数能够很好的吻合，瑞利测温数据与卫星数据大部分吻合较好， 在３０￣４５ ｋｍ之间温度误差较大。与卫星数据相比，激光雷达数据在１７～２５ ｋｍ之间没有数据，这段是两种 温度测量技术的盲区，以后对激光雷达系统与数据的研究将包含如何获取该段温度问题。 ４结 论 建立了基于瑞利散射和拉曼散射的温度探测激光雷达，能够探测对流层和平流层底部的大气温度廓线。 对散粒噪声较强的后向散射信号使用小波方法降噪，提高系统的回波的信噪比。将激光雷达温度测量结果与 大气模式和卫星温度测量数据进行了对比，显示出很好的一致性，说明该激光雷达测温准确有效，能够用于气 象学中温度场的探测。 参考文献： ［１］Ｇｉｒｏｌａｍｏ Ｐ Ｄ，Ｂｅｈｒｅｎｄｔ Ａ，Ｗｕｌｆｍｅｙｅｒ Ｖ．Ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｕｒｅ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｒａ ｍａｎ ｌｉｄａｒ ａｎｄ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌｉｄａｒ：ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｏｐｔ，２００６，４５（１ １）： ２４７４～２４９４． ｅｗａｙ Ｊ Ａ，Ｃａｒｓｗｅｌｌ Ａ １ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｌｉｄａｒ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｇｒａｖｉｔｙ ｗａｖｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ａｒｃｔｉｃ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｓｔｒａｔｏ— Ｅ２］ Ｗｈｉｔｓｐｈｅｒｉｃ ｗａｒｍｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｔｍｏｓｐｈ ｒ （Ｓｃｉｅｍ Ｅ ，１ ９９４，５１（２４）：３１２２—３１３６， ９９９，５７（２）：２３６ ２４１．（Ｍｉ Ｊｉｄｅ，Ｃｕｉ Ｊｉｌｉａｎｇ，Ｃａｏ Ｈｏｎｇｘｉｎｇ．Ｔｅｍｐｅｒａ— Ｅ３Ｊ 米季德，崔继良，曹鸿兴．北京高空温度的统计特征ＥＪ］．气象学报，１ｔｕｒｋ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｕｐ—ａｉｒ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ．Ａｃｔａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏ＃Ａｕ Ｓｉｎｉｃａ，１９９９，５７（２）：２３６ ２４１） １３２５．（Ｂｏ Ｇｕａｎｇｙｕ，Ｌｉｕ Ｅ４３ 伯广宇，刘博，钟志庆，等．基于回波信号方针的瑞利一喇曼一米激光雷达研制［Ｊ］．强激光与粒子束，２００９，２１（９）：１３２１Ｂｏ，Ｚｈｏｎｇ Ｚｈｉｑｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｒａｍａｎ—Ｍｉｅ ｌｉｄａｒ ｂａｓｅｄ ｏＤ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｓｉｇｎａ１．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ， ２００９，２１（９）：１３２１ １３２５） 米散射激光雷达对卷云的探测［Ｊ］，强激光与粒子束，２００９，２１（９）：１２９５—１３００．（Ｃｈｉ Ｒｕｌｉ，Ｌｉｕ Ｈｏｕｔｏｎｇ， Ｅ５］ 迟如利，刘厚通，王珍珠，等．偏振一Ｗａｎｇ Ｚｈｅｎｚｈｕ，ｅｔ ａ１．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｉｒｒｕｓ ｃｌｏｕｄｓ ｕｓｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｉｅ ｌｉｄａｒ．Ｈｉｇｈ Ｐ０ｕ ｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ，２００９，２１（９）：１２９５一 ｌ３０ＧＩ） Ｍ，Ｍａｅｄａ Ｍ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｗｉｔｈ ａ ＸｅＦ ｌｉｄａｒ［Ｊ］．Ａｐｐｌ ［６］ Ｓｈｉｂａｔａ Ｔ，ＫｏｂｕｃｈｉＯｐｔ，１９８６，２５（５）：６８５—６８８． ＥＴ］ 吴永华，胡欢陵，胡顺星，等．瑞利拉曼散射激光雷达探测大气温度分布ＥＪ］．中国激光，２００４，３１（７）：８５ｌ ８５６．（Ｗｕ Ｙｏｎｇｈｕａ，Ｈｕ Ｈｕａｎｌｉｎｇ， Ｈｕ Ｓｈｕｎｘｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｒａｍａｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｌｉｄａｒ ｆｏｒ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＬａｓｅｒｓ，２００４， ３１（７）：８５Ｉ ８５６） Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｒａｍａｎ ｌｉｄａｒ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｂｕ Ｌｉｎｇｂｉｎｇ ， Ｇｕｏ Ｊｉｎｑｉｕ ，Ｔｉａｎ Ｌｉ ，Ｈｕａｎｇ Ｘｉｎｇｙｏｕ ，Ｌｉｕ Ｂｏ ， Ｆｅｎｇ Ｙｏｎｇｗｅｉ。 （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ０ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｏｐｔｉｃｓ，Ａｎｈｕｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏＪ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏ，Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３ １，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｔａｔｅ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｅｏｐｌｅ’ｓＲｅｐｕｂｌｉｃ ｏＪ Ｃｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１ ９０，Ｃｋｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｇｅｏｐｈｙｓｉｅａｌ ｒｅ－ ｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ，ｔｈｕｓ ａ Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｒａｍａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｉｄａｒ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ— Ｒａｍａｎ ｌｉｄａｒ．Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｎｏｉｓｅ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｔ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｏｕｒ ｌｉｄａｒ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ，ｓａｔ— ｅｌｌｋｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ， ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ｔｈｅ ｌｉｄａｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｔｅｏｒｏＩｏｇｉｃａＩ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｒａｍａｎ ｌｉｄａｒ； ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅ； ｗａｖｅｌｅｔ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ
