高攀 王骏 赵成成 唐家斌 刘晶晶 闫庆 华灯鑫

(西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048)

云微物理参数对气候变化、天气预测、人工影响天气、飞行安全等领域具有重要的影响.目前, 基于光散射、碰撞和成像理论的云微物理参数测量方法存在反演过程需要对云滴谱和粒子特性进行假设、撞击过程会破坏粒子特征、无法获得云粒子三维特征等瓶颈问题.本文提出了基于干涉理论, 结合光信息处理、景深压缩与融合全息图的灰度梯度方差技术的同轴数字全息干涉术测量方法, 可为云滴谱、云粒子直径、数浓度精细同步探测提供z 轴定位精度为0.01 mm、系统分辨率为2 µm 的技术手段.实验中, 以超声波雾化器产生的中值直径为3.9 µm 的液滴粒子作为液相云粒子的模拟, 测量结果与实际相符.该方法可为研究云中液态水含量, 及夹卷、凝结、碰撞和时空演化规律提供有效的支持, 对粒子的动力学研究具有借鉴意义, 并为我国陆基及机载测云应用提供了一套可行的系统解决方案.

1 引 言

云在地球能量平衡与水循环中起着重要的作用, 也是大气科学领域的研究热点之一[1−7].作为云微物理特性参数, 云滴谱、粒子直径、数浓度等是准确计算云中液态水含量, 及研究夹卷、凝结、碰撞和时空演化规律的重要参数.此外, 云的微物理特性对气候变化、天气预测、人工影响天气、飞行安全等领域也存在重要的影响, 因此日益受到研究者的关注.目前, 针对云……