中国南北气候分界线——秦岭主峰太白山，一束蓝光刺破云层，穿透千米高空，实时捕捉冷暖气流交汇的动态变化。发出这道光束的，是西安理工大学激光雷达遥感研究中心自主研制的大气探测激光雷达系统。
2026年5月，这支由华灯鑫教授领衔的科研团队因“将论文写在秦岭云端”的野外试验引发关注。然而，这项成果的背后，是一段跨越二十余年的技术突围史。团队从零起步，在国际长期垄断的大气探测激光雷达领域，走出了一条从跟跑、并跑到局部领跑的中国路径。
技术内核：从“原理不可见”到“三维CT”
大气探测激光雷达的技术原理可以类比为“给大气做CT扫描”。激光器向大气发射激光脉冲，与空气中的分子、气溶胶、云滴等相互作用后产生散射回波，通过分析回波信号的光谱特征(波长、偏振、强度)，可反演大气温度、湿度、风场、气溶胶浓度、云宏微观结构等关键参数。因具备高时空分辨率、多参数同步探测和连续廓线数据输出等优势，被称为大气的“三维CT”。
现代激光雷达按探测机制可分为米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼散射激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、多普勒激光雷达等多种类型。其中，拉曼散射激光雷达因利用大气分子(如氮气、水汽)的非弹性散射效应，能独立反演大气温湿度廓线，成为气象探测领域的前沿方向。然而，拉曼散射信号极弱，特别是底层大气(0-2公里)的水汽拉曼探测，长期以来受限于系统盲区和过渡区的信号衰减，技术难度极高。
正是在这一方向上，西安理工大学团队取得了突破性成果。团队不照搬国外技术路线，从探测机理创新、装备研发和数据反演算法三方面展开攻关，研制出全球首台可移动式全天时云温湿度及云内上升气流探测激光雷达，拥有完全自主知识产权。
该装备的核心创新点之一，是在国际上首次提出激光遥感反演垂直可凝结水量的新方法，突破了水汽通量定量估算的行业瓶颈。团队研发的综合遥感激光雷达系统，通过多波长拉曼散射与高光谱分光技术的协同，在获取高时空分辨率的云底温度、湿度及垂直气流速度的基础上，实现了层状云中可凝结水量的定量探测——这一指标对于云水资源评估和人工增雨作业具有直接支撑意义。
为确保装备的测量精度和业务可靠性，团队在西安市泾河国家基本气象站开展了长期同步对比观测试验，将自主研发的温湿风激光雷达与业务化探空气球进行同点、同时、同步观测。结果显示，激光雷达数据与探空数据的一致性良好，系统运行稳定可靠。相关成果顺利通过国家自然科学基金委验收并获评优秀，获得了由5位院士领衔的11位行业权威专家的认可。
2025年3月，团队领衔的国家自然科学基金重大科研仪器研制项目“云相态识别和液水/冰水廓线定量遥感系统研发”正式启动。该项目瞄准云中过冷水和冰水含量廓线的定量探测，旨在破解云降水物理研究中的关键技术瓶颈，由中科院和气象局多位院士专家参与评审论证，进一步体现了团队在大气探测前沿领域的持续攻关能力。
成果意义：从实验台到实战场
大气探测激光雷达的价值，最终需要在业务应用中检验。西安理工大学团队的成果，已在多个关键场景中完成了从实验室到工程应用的跨越。
填补气象观测空白
传统探空气球观测频次低、空域受限(尤其在航空管制密集区域)、时空覆盖不足，难以满足高时空分辨率气象服务的需求。团队研制的激光雷达突破空域和成本限制，可全天候、不间断获取大气温度、湿度、风场和水凝物等核心廓线参数，实现了从间断估测到连续精密测量的跨越。
这一技术进步的现实意义，在陕西气象防灾减灾中尤为突出。秦岭是我国重要的生态安全屏障，也是南北气候的分界线，地形复杂，大气运动剧烈。在这类复杂地形条件下，传统观测手段难以实现高精度、连续化的立体监测。团队将激光雷达架设在太白山主峰，首次实现了对秦岭南北冷暖气流交汇过程的全天时精细探测，为区域防灾减灾提供了大量此前无法获取的关键数据。
支撑国家重大活动保障
2021年第十四届全国运动会开幕式期间，西安地区空域云层厚重、水汽充沛，随时可能下雨，直接影响开幕式的安全顺利举行。团队激光雷达系统在开幕式全程对云层厚度、水汽含量和对流发展趋势进行不间断精细监测，每一组关键数据都实时传送到气象保障指挥现场，为人工影响天气作业的科学决策提供了精准依据。这是国产大气探测激光雷达在国家重大活动气象保障中经受的一次实战检验。
提升人工影响天气精准度
在云水资源开发和人工增雨作业中，能否精准识别作业条件是决定增雨效率的核心问题。传统的云宏观观测(如卫星云图、天气雷达)难以获取云内细微的温度、湿度和垂直气流信息，作业窗口期的判定往往依赖经验估算。团队研发的激光雷达系统与毫米波云雷达协同观测，实现了云高、云厚、云相态等参数的高分辨率监测，人工增雨条件识别准确率可达92%。
构建城市级立体气象监测网
西安市气象局与西安理工大学于2022年签署合作协议，推动产学研用深度融合。双方共建覆盖0至10公里垂直空间的立体探测网络，将激光雷达数据与多源观测数据融合，气象要素监测精度较此前提升15%，时空分辨率达到分钟级。2025年10月，西安市首套地基遥感垂直观测系统在泾河国家基本气象站建成，系统集成毫米波测云仪、微波辐射计、气溶胶激光雷达及风廓线仪等设备，形成了“天基—空基—地基”协同观测体系。
助力大气污染攻坚
激光雷达的另一核心应用是大气气溶胶(包括PM2.5、PM10等污染物)的垂直分布探测。装备可实时捕捉污染物的时空演变与输送规律，实现分钟级动态监测，为科学治污、精准管控和区域联防联治提供数据支撑。
行业坐标：中国大气探测激光雷达的技术自塑
将西安理工大学团队的成果置于中国大气探测激光雷达的整体发展脉络中考察，其技术意义更为清晰。
中国激光雷达研究始于上世纪60年代，探测机制从单波长单参量逐步发展到多波长多参量，载体平台从地基扩展到车载、舰载、机载及星载。但真正实现技术追赶，则是在近二十年间。2008年，中国海洋大学成功研制了国内首台以碘分子吸收池为精细分光滤波器的532nm高光谱分辨率激光雷达;此后，中国科学院、浙江大学、中国科技大学等多家单位在高光谱探测、近红外单光子探测等方向取得系列突破。
西安理工大学团队选择了不同的技术路径：聚焦拉曼散射激光雷达的底层大气探测难题，深耕云内精细结构定量探测这一世界级技术瓶颈。用华灯鑫教授本人的话说，高端探测装备长期被国外“卡脖子”，“核心技术买不来、等不来、要不来，必须我们自己干出来”。
2021年至2024年间，中国气象局布局建设了49个站组成的拉曼-米散射气溶胶激光雷达观测网，以及372个站组成的测风激光雷达网，初步构建起全国性的激光雷达业务观测体系。与此同时，气象局与多所高校院所合作，在大气温湿度激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、中高层大气激光雷达等方向开展关键技术攻关。西安理工大学团队作为其中一支重要力量，其突破性成果不仅体现在单点技术的领先性上，更在于其完成了从核心器件、系统集成、反演算法到业务应用的完整链条验证。
结语
从2005年回国后在一张白纸上创建西北地区首个激光雷达遥感研究中心，到如今研制出全球首台可移动式全天时云温湿度和云内上升气流探测激光雷达;从在白纸上画图，到连续三次承担国家自然科学基金重大科研仪器项目——西安理工大学激光雷达团队用了二十年时间，完成了从技术跟跑到局部领跑的跃迁。
长期来看，激光雷达作为一种主动遥感探测工具，其在气象、民航、军事和环保等领域的应用前景广阔，是一场从工具到理念、从数据到能力的系统性变革。团队表示，下一步将推进激光雷达与天气雷达的组网观测，构建多源融合的精细化大气垂直预报体系，针对秦巴山区防汛减灾和生态保护需求布设雷达装备，进一步延长灾害性天气的预见期，提升区域防灾减灾能力。
从太白山巅那束蓝光，到全国业务探测网中日益密集的数据流，中国大气探测激光雷达正在走出一条从“受制于人”到“自主可控”的攀登之路。
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