大気環境動態解析のための気象要素ライダーの実用化

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10358013
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 小林 喬郎 福井大学, 工学部, 教授 (90006247)
• 研究分担者: 川戸 栄 福井大学, 工学部, 助手 (60313730) ; 孫 東松 福井大学, 工学部, 講師 (40303359)
• キーワード: ライダー / レーザーレーダー / ドップラー効果 / 回転ラマン散乱 / 振動ラマン散乱 / 風速 / 気温・湿度 / リモートセンシング

研究概要

本研究の目的は地球環境問題の複雑な現象を解明するため、対流圏大気の風向・風速、温度、湿度などの気象要素の三次元空間分布を一台のシステムで遠隔計測が可能な小型で軽量な気象要素観測ライダー(レーザーレーダー)の研究開発を行い、種々の大気の計測実験を通して新しい大気計測装置としての実用化の可能性を検討することである。 本研究の成果は次の通りである。
(1)LD励起単一周波数Qスイッチ動作Nd:YAGレーザーの開発
ドップラーライダーに用いるため、LD励起による全固体で小型のQスイッチNd:YAGレーザーを新たに開発し、外部からの光シーヂングと進行波型共振器による単一周波数発振とし、また制御回路により周波数安定化を行い、安定度1MHz、平均出力3W、パルス繰り返し10kHzが得られた。
(2)風速、気温、湿度の多機能ライダー装置の開発
上記のレーザーと口径20cmの集光鏡を用い、光子計数検出器を用いた小型のライダーを構成した。風速測定には、エタロンによる高分解能フィルターを用いた直接検出型のドップラーライダー方式を、気温は大気構成分子の回転ラマン散乱を2波長で同時計測するラマン散乱方式を、また湿度の測定は水蒸気分子の振動ラマン散乱光によるラマン散乱方式を用いた。これらの大気要素を一台のシステムで同時に観測できることが示され、測定精度として風速は3kmの距離で0.5m/s, 気温は2kmで1K、湿度は3kmで10%の値が得られた。
(3)システムの実用性
総合特性の動作研究の期間が短かったため観測データが少なく、さらに継続中ではあるが、本システムは気象観測装置として有用であり、実用化が十分可能であるとの確信がえられた。

研究成果

• [文献書誌] A.Minato,T.Kobayashi,N.Sugimoto: "Laser long-path absorption lidar technique for measuring methane using gas-correlation method"Jpn.J.Appl.Phys.. 37・8. 3610-3613 (1999)
• [文献書誌] D.Shen,C.Li,J.Song,T.Kobayashi,K.Ueda: "Diode-pumped Nd:S-VAP lasers passively Q-switched with Cr^<4+>:YAG saturable absorber"Optics Comm.. 169. 109-113 (1999)
• [文献書誌] T.Kobayashi,D.Sun,R.Tanaka: "High-sensitive Doppler lidars for tropospheric wind measurements"Proc.of Cont.on Lasers and Electro-Optics (CLEO)/Pacific Rim'99. 945-946 (1999)
• [文献書誌] D.Sun,T.Kobayashi: "UV rotational Raman lidar for temperature measurements of the troposphere"Proc.of CLEO/Pacific Rim'99. 145-146 (1999)
• [文献書誌] T.Kobayashi,D.Sun,A.Hironaka: "Development of UV aerosol and molecular scattering lidar for wind and temperature measurements"Abstracts of International Laser Sensing Symposium. 165-168 (1999)
• [文献書誌] Y.Mizoguchi,A.Hironaka,S.Kawato,D.Sun,T.Kobayashi: "A.Compact direct-detection Doppler lidar for wind profiling"Abstracts of International Laser Sensing Symposium. 199-200 (1999)
• [文献書誌] S.Kawato,T.Matsumura,T.Kobayashi: "Compact all-solid-state Q-switched micro-chip Nd:YAG lasers for Doppler lidars"Abstracts of International Laser Sensing Symposium. 249-250 (1999)
• [文献書誌] D.Shen,T.Kobayashi: "High peak-power passively Q-switched microchip Nd:S-VAP lasers for remote sensing applications"Abstracts of International Laser Sensing Symposium. 255-256 (1999)