[科普中国]-海洋深处的眼睛——激光雷达

雷达在我们生活中的应用很广泛，气象预报、资源探测、大气物理等活动都需要借助雷达。在海洋探测活动中，激光雷达被誉为海洋深处的眼睛，透过它，我们可以穿越深邃的海水，探知诸多海洋奥秘。

激光雷达最特别之处在于，它发射的是激光而不是无线电波。因此，激光雷达利用了激光光源单色性好、准直性强和功率高的种种优点。海洋激光雷达激光光源的工作波长一般位于海水的“蓝绿窗口”，在此波段激光雷达对海水有很强的穿透能力。

根据激光雷达探测机制的不同，可以分为多种不同的类型，主要用于测量海水的粒子散射、喇曼散射、布里渊散射、荧光、海水吸收等特性。海洋激光雷达通常采用飞机运载的方式工作，即把激光雷达搭载在飞机上，从高高的空中探测海洋。它的工作原理与医学领域广泛采用的“CT机”相似，工作时，先用激光雷达向海水发射一束激光，然后分别接收不同深度返回的信号，接着根据不同的探测机制，对返回的信号进行分析研究，从而获取不同海洋深度的相关信息。

目前海洋激光雷达已被广泛应用于海洋环境和水下目标探测等领域，如浅海水深、潜艇、海洋叶绿素浓度和海洋污染探测等。叶绿素浓度测量就是热点项目之一，这是因为浮游植物是其他海洋生物的直接或间接的食物来源，在所有的海洋生物中占有特殊而重要的地位，其数值与估计海洋初级生产力、全球通量和众多海洋现象研究紧密相关。传统的测定方法有许多局限性，一来依靠人工逐点采样，范围小；二来分析速度很慢，效率不高。海洋激光雷达的出现恰好弥补了这种遗憾，可以对大面积，甚至全球范围内水域的叶绿素浓度进行实时、动态监测。

测量海水深度也需要激光雷达“大显身手”，激光器可以从空中向下发射一个激光脉冲，当该脉冲到达海洋表面时部分被反射回来，另一部分到达海底之后会再反射回来。激光雷达在空中接收到这两个反射信号，并测出它们的时间间隔，用这一时间间隔乘以激光在海水中的传播速度，就可以算出海水的深度。

本文由国家海洋局霍云龙进行科学性把关。

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