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南京信息工程大学大气物理学院夏海云课题组近期成功研发了一种新型激光雷达，该雷达具备30千米全天候非视域多功能探测能力，能够精确监测风切变等特殊大气现象。风切变，作为飞行安全的严重威胁，通常指的是风向和风速的突然剧烈变化，尤其在飞机起飞和着陆阶段。夏海云课题组的这一成果，其最大水平探测半径和垂直探测高度分别达到30千米和7千米，处于全球领先地位。
应用生成对抗网络技术的非视域风场重建激光雷达在广州白云机场投入试运行
该激光雷达利用纳米材料和人工智能技术，即便在恶劣天气或建筑物阻挡等条件下也能实现精准探测。激光雷达的基本原理是发射激光脉冲与大气相互作用，通过光学天线收集散射信号，再经过光电探测和数据处理，得出关键大气参数。夏海云课题组通过在激光雷达的玻璃镜面上应用疏水疏油的纳米材料，有效解决了传统激光雷达在降雨等低能见度条件下的性能限制问题。这种材料能够抵抗600次擦拭，按一周擦拭一次计算可使用10年。
在云南昆明长水机场，该激光雷达自2021年12月投入试运行以来，9个月的观测数据显示，在降雨条件下，雷达对10千米以上目标的探测率达到了92.79%，有效覆盖了机场跑道。此外，该激光雷达还能捕捉到对流天气产生的辐合和辐散气流，与微波雷达相比，激光雷达在强降雨外区域的探测距离分辨率更高，风切变时空分布和演变过程更加清晰可见。
为了解决激光雷达在实际应用中的探测盲区问题，课题组将人工智能技术应用于雷达系统，通过机器学习技术建立风场反演模型，提供全域高时空分辨率探测数据。2023年1月起，广州白云机场投入试运行了应用生成对抗网络技术的非视域风场重建激光雷达。该激光雷达基于深度学习方法，在连续6个月的观测数据基础上，建立了非视域风场重建模型，实现全域风场重建，误差小于0.85米/秒。
这款激光雷达还采用了单光子灵敏度探测技术，发射功率仅为1.5瓦，发热量小，对环境适应能力强，能够在60摄氏度至零下40摄氏度的大气环境中进行24小时365天的不间断工作。无论是在城市的高楼大厦之间，还是在崎岖的自然地形中，激光雷达都能准确获得高时空分辨率的全域风场情况，为低空经济提供实时精准的气象保障。
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