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▲云系降水后劲探伤激光雷达成就。

▲华灯鑫（前排中）团队合影。受访者供图

　　■本报记者 张双虎

　　2021年9月15日21时35分，第十四届宇宙领路会开幕式在强烈的歧视中圆满完毕。10分钟后，一场大雨按期而至。

　　据样貌部门瞻望，当晚有一次强降水历程。淌若在国度带领东说念主致辞、领路员入场、文艺上演或火把燃烧传递等任一法子下雨，王人会影响开幕式的效果。为此，国度及陕西省、西安市的东说念主工影响天气中心作念了多数职责，选择各式科技技能，硬是把大雨“扛”到了开幕式完毕。

　　“实践上，东说念主影（东说念主工影响天气）能作念的远不啻这些。比如，我国水资源严重短缺，尤其是西北、华北干旱半干旱地区，淌若能侵略天气，将空中可贵的水资源探明并‘用’在最需要的场所，将产生纷乱的社会经济效益。”西安理工大学副校长华灯鑫锻练告诉《中国科学报》，“而这一切的前提是咱们能‘不雅云测雨’，准确掌捏云下大气的温度、湿度、速率、办法等参数，杀青对云的景况问诊把脉，建议科学有用的大意有打算。”

　　探未来上“计谋资源”

　　在粗莽东说念主看来，太空中云的作用不外能少顷蔽日，或徒增“游子之意”。但在华灯鑫眼里，每一派云王人是一座飘在空中的“水库”。

　　“多数东说念主觉得石油、煤炭才是资源，实践上，对咱们这么一个水资源严重短缺的国度来说，天上飘过的云亦然关键的计谋资源，即云水资源。”华灯鑫说，“云飘在空中，谁有办法把它‘捅下来’，这些水资源即是谁的。”

　　大气物理学家觉得，全球水轮回自己即是当然界的水在太阳能和大运说念动共同驱动下“降水-径流-挥发-水汽运送”无尽轮回的一个闭合系统。淌若大概东说念主为侵略，让雨水在需要的场所落下来，或者灭毫不需要的场所（遭受洪涝灾害区域提前或延长下雨）将产生纷乱的经济和社会效益，造福东说念主类。

　　但东说念主工侵略天气并非易事。事实上，数年前天气预告的准确性还广受诟病。好多场所在东说念主工增雨历程顶用飞机、大炮将凝固剂、碘化银等播种到空中，雨却没下来，或者莫得下到东说念主们生机的场所。

　　“其根柢原因是咱们怨家顶的云不了解，穷乏有用的设施去评估或测量云中水汽含量、垂直水汽运送历程。”华灯鑫补充说，“实践上，云中水汽含量和云底几个大气参数密切研究，而这几个参数正是成例探伤的难点。”

　　2005年，在日本深耕激光遥感本事12年的华灯鑫归国。次年，他赢得国度当然科学基金资助，开动组建接洽团队，围绕激光雷达、遥感探伤本事开展新表面、新本事与新设施接洽。

　　跟着在激光遥感鸿沟的告诫不断累积，华灯鑫对大气温度、湿度，气溶胶、气流领路探伤有了特有的意识。跟着社会经济的迅速发展，东说念主们对天气预告和东说念主工影响、侵略天气的需求越来越蹙迫。

　　“了解到我国大气物理科学中‘测云’的千般艰辛和东说念主工影响天气功课濒临的纷乱梗阻，我就念念能不成哄骗先进的遥感本事（激光雷达）把这片云搞明晰。”华灯鑫说。

　　以翻新大意挑战

　　云水资源就像公海中轻浮的鱼群，“捉住”它的前提是要有“渔网”——先进的云底大气探伤成就。

　　华灯鑫觉得，科学评估云系降水后劲是我国云水资源开荒哄骗国度计谋和东说念主工影响天气的关键需求，而准确评估云水资源及东说念主工增雨的后劲，需要定量不雅测干涉云体的可凝结水量，进而赢得云中可降水量目的，不然东说念主工影响天气功课具有较大盲目性。

　　缺憾的是，在这一鸿沟，海外上一直穷乏不雅测技能。相配是云下垂直气流、温湿度及颗粒物粒谱等参数，曩昔样貌学界常用的毫米波雷达、微波雷达无法对其精准测量。

　　“通常飞腾气流很微小，只须零点几米每秒至几米每秒。而这几个参数适值是激光雷达探伤的上风，是以咱们就建议用激光遥感本事，把云底温度、从地表到云底的温度变化和水蒸气扩散变化、垂直气流、云下颗粒物大小等基本数据测出来，通过这些数据计较出水汽进取或向下的运送量，并计较出水凝结量。”华灯鑫证明说。

　　临河羡鱼，不如退而结网。

　　2017年，在国度当然科学基金要紧科研仪器研制样貌——“接洽云系降水后劲的全天时云底温湿度和飞腾速率探伤激光雷达”的资助下，华灯鑫团队开动了探伤激光雷达研究仪器软硬件系统的研制。

　　不雅测实践中，东说念主们探伤不同数据要使用不同雷达，各式雷达的适用模范、灵巧度、时空划分率王人不相通，以致不同雷达的探伤旨趣也不尽疏导。该团队要研发一套全天候、多目的抽象测量系统，把温度、湿度、风速风向、气溶胶测量等雷达作念在一个系统里。况且，还要克服日间“太阳布景”（太阳光谱和雷达光谱相通）、电信号噪声过大等一系列难题，其中的挑战显而易见。

　　最终，团队将雷达研制鸿沟几十年的本事累积与最新的深度学习、智能算法等交融，翻新性地杀青了这一系列功能。

　　“统统挑战王人是锻真金不怕火和成长的契机。”该团队成员、西安理工大学锻练闫庆说，“从央求后生科学基金样貌到自后参与华诚笃的国度要紧科研仪器研制样貌，当然科学基金一直伴跟着我的成长，咱们也历久围绕一个科学办法不断竭力，作念出效果。”

　　与气球和蝴蝶“较劲”

　　2020年5月，该团队完成激光雷达样机研发，并开动在西安理工大学进行调试。这是全球首台可迁移式全天时大气温湿度和飞腾速率探伤激光雷达系统样机，也即是说，淌若按照现存国度本事表率与改进表率，就莫得高一级的成就能对该样机的数据目的进行标定或者改进。

　　为此，接洽东说念主员和西安市样貌局息争，将仪器拉到泾河国度基本样貌站探空气球辐射场，每天早、晚7点，在气球腾飞的同期，探伤并纪录研究数据，绘画数据弧线，开展比对考证。

　　“探空气球在空中飘忽不定，有小数儿风它就能飘出一二百公里，咱们进行定标和改进时作念了多数‘追气球’的实验和数据比对。”该样貌本事总实行东说念主、西安理工大学锻练狄慧鸽先容说，“标定数据总算有了舒心完毕，但没念念到小虫子也跳出来‘喧阗’。”

　　系统测试时，接洽东说念主员发现存段时辰信号颠倒，因为测量对象看不见摸不着，而引起雷达信号颠倒的原因又好多，以致大气自身的罕见景况也可能导致信号颠倒，这让团队困惑了很久。

　　“一直找不到问题，咱们只好从激光器输出到统统这个词光学与电学等模块逐个溜查，终末发现是一只蝴蝶把光阑口堵上了。”狄慧鸽说，“这也指示咱们要细心成就在境界职责的顺应性，自后咱们加设保护罩改善密封景况，又哄骗良友操作本事对仪器进行自检测算帐，幸免‘故障’再次发生。”

　　行为全球首台云系降水后劲探伤系统研制团队，华灯鑫等东说念主实践上一直在与我方“较劲”。从2021年开动，该系统连接逍遥监测了西安地区的云水资源，为云水资源接洽提供了可贵的数据相沿。样貌实行中，取得专利授权11项，其中好意思国发明专利1项；发表论文70余篇；获省部级科学本事奖励3项，高级学校科学本事奖1项；国度级教师团队1个、省级翻新团队2个。在东说念主才培养方面，培养硕、博接洽生48名。

　　2022年5月，国度当然科学基金委组织内行验收时，该样貌得到内行组高度细则，样貌验收论断“优秀”。

　　“取得这么的收成，科学基金功不可没，推崇了关键的指挥作用，培养了如狄慧鸽这么一批年青的激光遥感科技领军东说念主才及一个国度级教师团队。”华灯鑫说，“科学基金的历久逍遥相沿给了咱们一个平台，让环球围绕一个科学办法，不断进步举座科研水平，并最终在基础表面和原始翻新上取得冲破。”

　　《中国科学报》：该仪器现在在海外上处于怎样的水平？

　　华灯鑫：这是海外首台具有齐备孤苦学问产权的云系降水后劲评估雷达系统。

　　咱们在海外上初度建议哄骗激光遥感探伤垂直办法干涉云中的大气可凝结水量新设施，冲破了定量评估云中水汽通量的瓶颈；研发了海外首台抽象激光遥感不雅测系统，杀青了大气温湿度、垂直气流及气溶胶与云的全天时、同步、高精度的测量与识别；建议并杀青了云底雨滴谱剔除设施与云底垂直气流速率的详尽数据反演本事，处理了现存雷达云底垂直气流测不准的本事问题；自主研制了具有用户端二次开荒的良友测量甘休与数据传输、反演等多功能的软件系统。

　　现在，该成就连接逍遥运行两年多，赢得了一系列可靠的科学数据，为西安市云水资源哄骗、重浑浊天气保险提供了准业务化做事。

　　《中国科学报》：下一步，团队的接洽重心或该鸿沟的发展办法是什么？

　　华灯鑫：下一步，咱们将络续主攻先进激光雷达本事与应用，对接大气科学、样貌与环境科学开展交叉接洽，将云宏微不雅特点探伤从云下扩张到云内，为云物理探伤与接洽提供新本事、新设施及科学仪器；络续开展云降水后劲的评估，勾通东说念主影部门需要，鼓励云水资源哄骗开荒并整理酿成表率的数据集，鼓励大气科学接洽。与此同期，开展科研效果的产业转机，落实该科学基金样貌的办法，为东说念主工影响天气以及大气科学等发展提供中国创造的最新科研仪器与做事，并和企业一说念推动该行业表率的制定。

　　《中国科学报》 (2023-01-30 第4版 当然科学基金)91 免费视频