文 | 华商报大风新闻  李明  任婷

近期，西安理工大学华灯鑫教授科研团队在秦岭主峰太白山开展南北气流交汇观测试验，一束激光直上千米高空，精准捕捉冷暖气流“巅峰对决”，画面震撼。

太白山巅，冷暖气流激烈交锋，中国南北气候分界线的脉动清晰可感。华灯鑫团队将自主研制的激光雷达对准高空，以大气分子为探测介质，实现整层大气层24小时不间断、高时空分辨率精准探测。

太白山主峰南北气流交汇观测试验大获成功

近期，西安理工大学华灯鑫教授科研团队在秦岭主峰太白山开展南北气流交汇观测试验，非常成功。团队人员在山脚下发出激光光束，探测高度0-10公里的气象变化，同时在山顶实时实地观测气流变化。试验中，相关设备可以实现秒级响应，冷空气触碰雷达瞬间即可捕捉，为气象观测提供第一手数据；全程可视，清晰呈现温度波动、水汽汇聚、云海形成全过程；高度吻合，山上实地观测与山下雷达实时数据高度匹配。

华灯鑫教授介绍，对比传统探空气球每天仅2—3次、数据稀疏的局限，激光雷达打破空域管制与探测成本限制，可连续获取温度、湿度、风场、水凝物等关键参数，为分钟级精准预报筑牢底座，对航空飞行、无人机管控、城市应急、防灾减灾等场景至关重要。

“比如极端天气，观测数据可以为精确知道几点几分有强降雨提供数据支撑，为防灾减灾提供决策依据。再比如航空航天的飞行，可以优化航路设计，增加航班的正点率。当然，还有其他很多的应用场景。”华灯鑫教授介绍。

据了解，在气象保障一线，华灯鑫教授团队曾为第十四届全运会开幕式精准预判降水、为西安冬季雾霾防控提供10分钟级动态数据；与西安市气象局共建0—10公里立体探测网，气象监测精度提升15%，人工增雨作业条件识别准确率达92%，让空中“水库”精准“解渴”干旱地区。

在技术攻关前沿，团队成功研制全球首台可移动式全天时大气温湿度和上升速度探测激光雷达，攻克多项国际难题，拥有完全自主知识产权，获国内外专利40余项，发表高水平论文350余篇，推动我国激光雷达遥感技术跻身世界第一方阵。

华灯鑫教授介绍，“‘十四五’时期，我们国家率先打造了100多部业务化应用的激光雷达，设备已经完全可以做到国产化。激光雷达的产品进入气象部门的业务化应用，产生了很好的效果。‘十五五’期间，全国的天气雷达跟我们的激光雷达进行组网，形成精细化的气象剖面图，为未来气象预报提供更准确的数据。”

“西安大气探测激光雷达”：城市大气的“立体CT扫描仪”

近日，记者走进西安理工大学，看到了在太白山开展气流观测试验所用的“云系降水潜力探测激光雷达”设备，走进这个“房子”，可以看到产生激光的仪器。“激光光束就是从这里打出的，打出后，从‘房顶’的这个窗口向外发出去。”华灯鑫教授介绍。

随后，记者走进泾河国家基本气象站，这里有“西安大气探测激光雷达”设备，它是西安理工大学与西安市气象局联合运行的项目，由华灯鑫教授团队负责研发、运维。

在设备“房子”里，华灯鑫教授介绍：“激光束从这个设备发出，打到空气中，收集回来的数据经过运算处理，最终在这个显示屏上显示。”记者看到，显示屏上的数据丰富、准确，有空中高度、时间、温度、湿度、空气质量等相关数据，数据以图像形式展示，一目了然。

华灯鑫教授说，这台设备可以理解为城市大气的“立体CT扫描仪”，它能垂直观测气溶胶、PM2.5等污染物的分布、扩散与输送，精准捕捉雾霾、沙尘等污染过程的生消演变，为大气污染溯源与治理提供数据支撑；可以反演大气边界层高度、风场、温度、湿度等参数，识别云高、云厚、云相态，甚至能辅助判断人工增雨作业条件，准确率可达92%；能通过监测低空风切变、湍流等，辅助识别雷暴、强对流天气，提升中小尺度灾害性天气的预警能力；能为西安及周边区域的大气环境研究、气候评估提供连续、高分辨率的观测数据。

它是怎么开展工作的呢？华灯鑫教授介绍，核心逻辑是“发射激光—接收回波—分析信号”，系统向大气发射特定波长的激光束（多为紫外、可见光、近红外波段），激光以光速向高空传播；激光在大气中传播时，会被空气分子、气溶胶颗粒、云滴等散射，部分信号会反向散射回雷达的望远镜接收系统；根据激光往返的时间，计算散射粒子的距离（即高度），通过分析回波的强度、光谱特征、偏振状态，反演气溶胶浓度、粒径、大气风场、温度湿度等参数，最终生成大气垂直剖面数据，实现从地面到高空的连续观测。“简单来说，它就像用激光给大气‘拍片子’，把看不见的空气污染物、气象变化，变成可量化、可追踪的三维数据，为城市大气环境管理和气象预报提供强有力的支撑。”

记者了解到，这台设备是西安理工大学团队打破国外垄断的国产自主技术成果，也是西安构建“地面—低空—高空”立体气象监测网的重要组成部分。