水汽是地球大气层中唯一存在相变的物质,在许多大气物理与化学过程中都起到很重要的作用。大气水汽影响气溶胶和云层的形成,而且其浓度及分布随地域、季节、昼夜、海拔高度的变化很大,所以开展大气水汽浓度分布探测对气象和气候研究具有重要意义。现有的水汽(湿度)浓度分布探测主要有两种方式:采样探测和遥感探测。采样探测由于成本和技术层面的限制,会存在无法进行长时间连续测量、探测精度不高等问题。被动式遥感探测如微波水汽辐射计和傅里叶红外光谱仪只能获得粗略的水汽浓度廓线,GPS探测和红外高光谱大气探测器测得的距离分辨率较低。激光雷达作为主动式遥感探测技术由于具有连续测量、分辨率高等优势,在气体探测方面得到了广泛的应用。用于水汽浓度探测的激光雷达主要有两种:拉曼(Raman)激光雷达和差分吸收激光雷达(differential absorption lidar,DIAL)。水汽Raman激光雷达是根据水汽分子对激光产生的拉曼散射效应进行探测并通过拉曼散射回波信号的强度反演出水汽浓度廓线。但Raman激光雷达回波信号较弱,白天太阳光背景较强时探测难度高。DIAL技术根据水汽的吸收光谱选取不同波长(吸收峰和非吸收峰波长)的激光进行探测,对比不同波长大气回波信号的强度并利用差分吸收原理反演水汽浓度分布。由于DIAL具有探测精度高、回波信号强以及可长时间连续探测的特点,在水汽分布探测方面具有重要应用价值。当前,DIAL主要依赖于可调谐脉冲光源,通过飞行时间分辨的探测原理实现大气回波信号探测。然而,脉冲式DIAL系统需要采用高功率纳秒量级可调谐光源,其系统复杂、维护繁琐,在实际应用中挑战巨大。本文以沙式大气激光雷达技术为基础,融合二极管激光器吸收光谱技术,提出了基于沙氏成像原理的水汽DIAL技术研究方案。本文以高功率多模880 nm和940 nm二极管激光器作为光源,研制了一套基于沙式成像原理的水汽DIAL实验测量系统,并开展了大气水汽分布遥感探测研究。本文首先介绍了大气水汽的作用及现阶段大气水汽(湿度)探测技术,包括采样探测和遥感探测等方法,并详细探讨了水汽DIAL技术和沙氏大气激光雷达技术的国内外研究现状。第二章介绍了SLidar技术及水汽DIAL技术的基本原理,然后重点探讨了基于沙氏成像原理的水汽DIAL技术的基本思路及其特色和优势。第三章重点介绍水汽DIAL实验系统的结构及系统工作原理,并利用二极管激光器的发射光谱对水汽差分吸收光谱进行了模拟研究。第四章重点介绍了本论文的实验测量研究工作。作者在2019年9月-10月进行了实验测量研究,将测得的实验数据进行一系列预处理之后,可获得on波长和off波长的大气激光雷达曲线。通过对激光雷达曲线的分段拟合,可获得探测距离范围内的水汽含量。为了验证实验系统测量结果的可行性,获取了大连市监测站点的大气湿度数据,并将实验测得结果与监测站点结果进行对比研究,发现两者之间具有较好的一致性,初步证实了水汽DIAL探测技术的可行性。最后,对本论文的工作进行了总结,并对下一步研究工作进行了展望。