个头跟人差不多高，头顶上的“脑袋”可以轻松转动，外观整体为纯白色，看上去科技感十足，“颜值”很高。在南京信息工程大学智能遥感工程研究院实验室，记者见到了这台由夏海云教授团队最新研发出的最高分辨率多普勒激光雷达，拥有突出的外形，又能计算出雨滴还有多少秒到达地面，精确锁定森林草原早期的起火点，真正的“集美貌与才华于一身”。

　　近年来，夏海云教授团队接连创下许多个世界“首次”，研发出全球首台中尺度二氧化碳通量探测激光雷达，首次研制成功单光子频率上转换测风激光雷达……本期“见证南京高校‘科技原创力’”栏目走近南信大夏海云教授团队，明白他们怀着满腔热情，朝着顶配激光雷达进军的历程。

　　雷达是一种遥感装置，靠电磁波的发射和回波来实现探测功能。激光雷达作为新的大气遥感手段正在蒸蒸日上，精确的大气物理、化学、生物参数探测，对于数值天气预报、气候模型改进、生化气体监控、机场风切变预警等具有重大意义。

　　“最高分辨率多普勒激光雷达能够最终靠三维扫描空气当中的风场，实现最高分辨率的大气风场探测，每隔0.9米就会有一个风场值的输出。”夏海云和记者说，他们在距离南信大气象楼300多米的尚贤楼楼顶放置了一台民用的小电风扇，当电风扇打开以后，这款激光雷达可以测出风扇对大气的真实扰动。

　　在实际应用中，最高分辨率多普勒激光雷达发挥了巨大作用，对于精细的动力学结构，比如飞机的涡流结构，它可以刻画得非常清晰。一架飞机起飞后，它会形成一个下洗的涡流结构，也就是尾流，这会导致跟进的飞机产生严重颠簸甚至翻滚坠毁等严重后果。

　　由于尾流本身难以被肉眼观察到，因此保持一定的两机间隔十分必要。夏海云介绍，国际上通用的办法是等待，这造成飞机跑道的起降效率非常低，“我们的激光雷达为全世界提供了最清晰的尾流捕捉手段，如果上一架飞机的涡流结构已经消失了，那么第二架飞机就可以迅速起飞。”

　　将空间分辨率从最初的6米，提升到3.3米、1.2米最终到0.9米，团队耗时近3年时间，这并不是偶然的收获，而是持续性探索的结果。为什么一定要做出最高分辨率的多普勒激光雷达？夏海云解释，一般的航空飞机形成的涡流结构大概是百米尺度，而传统的雷达只有15米的分辨率，100米只有7个点，这是个什么概念呢？“就像拍照，很难从纵横几个马赛克看出他是男生还是女生，更辨别不出样貌特征。分辨率达到0.9米的线多个点，可以更清晰地捕捉动力学结构，去做飞机的设计优化，包括起飞、起降安全，提高航空效率等。这也是迄今为止，世界上文献报道的分辨率最高的多普勒激光雷达，前不久，该项工作被美国物理协会专题报道。”

　　在多普勒激光雷达研发方面，夏海云团队从始至终保持着世界领先的地位。不仅分辨率最高，这款新研发出的多普勒激光雷达是目前世界上探测距离最远、功能最全、稳定性最好的激光雷达设备。

　　“它的探测半径能够达到30公里，而且功能最全，我们将9款雷达的功能集成在一起，一台就可以测试风场、云相态、雨滴谱、湍流的耗散率等。”夏海云介绍，最高分辨率多普勒激光雷达的“用武之地”还真不少，它能计算出雨滴还有多少秒到达地面，还能精确锁定森林草原早期的起火点。

　　传统的天气预报报道“局部地区有阵雨”时，装有粮食面粉或是化肥农药的船只抵达港口后，因为担心雨水突如其来，造成物资损失，就只能停靠在港口，等待天晴。这时候，一款能计算出雨滴还有多少秒到达地面，何时雨停的高科技产品就是“香饽饽”。夏海云和记者说，在山东烟台港，最高分辨率多普勒激光雷达已经成功应用，对着天空进行扫描，雨何时来，几时走都能精准计算，“当雨滴快要落地时，提前几十秒关闭船舱就可以。”

　　不仅在港口，在森林和草原，这款激光雷达也有妙用。他们在山西曾做过这样一次试验，在能见度只有300米的天气，6名消防员带着信号弹在300平方公里范围内，跟激光雷达玩起了“捉迷藏”。消防员随机在不同地点不同时间朝着天空射出信号弹，激光雷达通过水平扫描，2分钟内便锁定了他们开枪的位置和时间，并在地图上一一标记出来，时间精确到分钟级，距离精确到10米内。“不管是300平方公里还是3000平方公里，山上或者草原上哪怕冒出来一点点火星，我们的雷达都能快速精准锁定，有利于森林草原防火的‘打早打小’。”夏海云说。

　　“敢于啃硬骨头，也善于啃硬骨头”“进步是硬道理”“要实事求是”……这些是夏海云时常念叨的话，是他们团队不断实现技术突破的精神激励。经过多年“咬定青山不放松”的连续攻关，一项项国际领先的激光雷达技术从智能遥感工程研究院的实验室里诞生。全球首台中尺度二氧化碳通量探测激光雷达、首次研制成功单光子频率上转换测风激光雷达、首次提出时域色散超快飞秒激光测距技术，该技术至今保持最快目标探测世界纪录……除了最高分辨率多普勒激光雷达，在他们的实验室，还摆放着多款功能各异，大小不一的激光雷达。

　　“我们可以遥测大气中的一粒灰尘、一个分子，诸如飞鸟、无人机类的目标，我们也能进行遥感和甄别。”夏海云和记者说，实验室内的大气激光雷达细分为三类，第一类是大气物理量探测激光雷达，大多数都用在测风温湿压等；第二类是化学成分激光雷达，可以测出不用的气体成分，比如甲烷、二氧化碳、一氧化碳等；第三类是生物气溶胶激光雷达，包括病毒、花粉、药物在空间的分布、浓度情况都能通过不同的激光雷达测出来。

　　值得一提的是，他们研发出的激光雷达的核心器件不仅完全国产化，还实现了“全课题组化”。“我们课题组的特点是喜欢做有挑战性的事，目前，激光雷达里面的激光器、光学望远镜、电子采集卡以及数据处理系统全部由我们课题组自主研制，拥有自主知识产权。只有这样才可以实现自顶向下的系统级的优化，才能根据应用需求机动灵活设计。”夏海云表示，大家立志要做有国际领先水平的激光雷达，如果探测仪器受制于人的话，那在具体应用服务上一定没有别人做得好，“短暂的第一名只是过去工作的一个总结，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，我们一定要团结奋进，矢志创新，朝着更好的激光雷达进军！”