2020年10月，由蘭州大學(xué)、新疆維吾爾自治區(qū)氣象局等單位共建的蘭州大學(xué)“一帶一路”激光雷達(dá)觀測網(wǎng)若羌站正式揭牌。至此，該雷達(dá)觀測網(wǎng)國內(nèi)段7個站全部建成，而在國外段，“一帶一路”沿線國家的4個站即將開建。

　　從硬件技術(shù)改進(jìn)到新算法反演，再到大氣遙感與環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用……近年來，蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授黃建平、黃忠偉領(lǐng)銜的雷達(dá)智造團(tuán)隊不斷攻堅克難，自主研發(fā)的多波段拉曼偏振激光雷達(dá)，不僅覆蓋“一帶一路”沿線國家和地區(qū)高精度、高分辨率的氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，服務(wù)于鐵路和物流運輸，還正在全球氣候變化研究等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。

　　“追光”，源于萃英山下的對話

　　“你了解激光雷達(dá)嗎?”

　　“你以后有信心造出來嗎?”

　　2006年的秋天，蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2003級本科生黃忠偉緣于對雷達(dá)研究的興趣，順利通過大氣科學(xué)學(xué)院跨專業(yè)保研考核�，F(xiàn)場，大氣科學(xué)學(xué)院教授黃建平直接對黃忠偉說：“你上萃英山頂!”

　　萃英山頂上坐落著剛剛建成的蘭州大學(xué)半干旱氣候與環(huán)境觀測站。當(dāng)時，該觀測站的激光雷達(dá)是從國外進(jìn)口的一臺米散射激光雷達(dá)�！斑M(jìn)口的激光雷達(dá)價格昂貴，功能有限，信號分析源少，無法準(zhǔn)確測出固體顆粒物的濃度與成分，而且很難適應(yīng)西北地區(qū)干旱半干旱的氣候條件�！秉S建平說，一定要培養(yǎng)人，造雷達(dá)并開展氣象研究。

　　2009年秋，在黃建平的協(xié)調(diào)下，黃忠偉前往日本東北大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。在日本，他不僅學(xué)習(xí)激光雷達(dá)技術(shù)，還掌握了一項“超能力”——熒光多波段測量。2011年，黃忠偉學(xué)成回國組建了蘭州大學(xué)激光雷達(dá)實驗室和雷達(dá)智造團(tuán)隊。2014年1月，在這個總面積不到40平方米的“雷達(dá)加工車間”，誕生了我國第一臺多波段拉曼—熒光激光雷達(dá)，并成為生產(chǎn)其他雷達(dá)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

　　“相較于其他雷達(dá)，多波段拉曼—熒光激光雷達(dá)可實現(xiàn)大氣氣溶膠全熒光光譜的精細(xì)探測。就好比是拍攝多維度全景照片，可以看到大氣顆粒物的不同側(cè)面，測出的大氣數(shù)據(jù)更加全面、立體、精準(zhǔn)。”黃忠偉說。

　　“發(fā)光”，填補(bǔ)激光雷達(dá)領(lǐng)域研發(fā)的空白

　　如果將硬件技術(shù)比作雷達(dá)的軀干，反演算法則是雷達(dá)的大腦。好的硬件提供優(yōu)質(zhì)的信號，好的算法計算出精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，二者相輔相成，基于激光雷達(dá)的高精度反演算法是蘭州大學(xué)雷達(dá)智造團(tuán)隊的又一核心成果。

　　2010年，該團(tuán)隊提出了一種有效的激光雷達(dá)氣溶膠光學(xué)特性反演算法，在此基礎(chǔ)上，通過發(fā)展硬件技術(shù)和新的反演算法，研發(fā)出一種基于激光雷達(dá)資料反演氣溶膠體積濃度和粒子有效半徑的新算法。目前，基于反演算法已經(jīng)能準(zhǔn)確測算出PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度、氣溶膠微物理特性、氣溶膠吸收系數(shù)廓線等數(shù)據(jù)、氣溶膠和云的類型。

　　黃建平介紹，運用拉曼—熒光的散射原理，將激光雷達(dá)收集到的信號轉(zhuǎn)化為可供專業(yè)人士采納的大氣數(shù)據(jù)，并突出對大氣顆粒物成分與濃度的分析，填補(bǔ)了我國在多波段拉曼—熒光激光雷達(dá)領(lǐng)域研發(fā)的空白。

　　多年來，蘭州大學(xué)雷達(dá)智造團(tuán)隊在數(shù)據(jù)采集控制軟件、雷達(dá)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)等方面，獲得了6項國際國內(nèi)發(fā)明專利，并享有4項計算機(jī)軟件著作權(quán)，不僅滿足了團(tuán)隊的科研需求，還實現(xiàn)了科技成果轉(zhuǎn)化。

　　“聚光”，布局“一帶一路”雷達(dá)觀測網(wǎng)

　　“‘一帶一路’激光雷達(dá)網(wǎng)，你敢不敢建?”

　　2017年，黃建平和黃忠偉展開了又一場對談，距離上次保研考核已經(jīng)過去了11年。

　　“激光雷達(dá)屬于精密的光學(xué)儀器，對電力、網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境溫度的穩(wěn)定性都有很高的要求�！碑�(dāng)團(tuán)隊成員對激光雷達(dá)走出實驗室心存顧慮時，黃忠偉主張，只有把激光雷達(dá)布出去，才能發(fā)現(xiàn)并解決問題。

　　2017年冬天，在零下20攝氏度的烏魯木齊環(huán)保局樓頂上，黃忠偉團(tuán)隊一起守著第一個布出去的雷達(dá)超過20天，“這次蹲守為我們研究提升雷達(dá)對外界環(huán)境的適應(yīng)力積累了經(jīng)驗。同時，也證明了雷達(dá)走出去不存在一點兒問題”。

　　在黃忠偉的辦公室墻上，貼著一張“一帶一路”激光雷達(dá)觀測網(wǎng)的全景地圖，東起蘭州，西至阿爾及利亞，共14個站點，跨越直線距離8000多公里。每個雷達(dá)站根據(jù)觀測需求，分別設(shè)置了不同功能組合的激光雷達(dá)，還配有多通道微波輻射儀等其他氣象觀測儀器。

　　黃忠偉說，通過部署激光雷達(dá)觀測網(wǎng)可以追蹤“一帶一路”沿線大氣中沙塵的來源，分析高空中沙塵的走勢，有利于進(jìn)一步了解我國沙塵天氣的成因。