科技日报记者 张晔 通讯员 林雯
9月4日，记者从南京信息工程大学获悉，该校大气物理学院、气候系统预测与变化全国重点实验室夏海云教授团队联合苏州大学、杭州光在科技有限公司，研发出了一款全新的“瞬态风相机”，0.5秒就能实现5千米半径内的风场成像。相关成果已发表在《光学快报》（《Optics Letters》）上。
给快速移动的目标清晰拍照，从来不是件容易事。就像给百米飞人拍照，若快门速度不够，最终只会得到一串模糊的“影子”。过去，要测量大范围风场，常用的相干多普勒测风激光雷达靠“机械扫描”工作，就像用一束光当“画笔”，像折扇的辐条一样，一束接一束水平扫过区域，再把这些“辐条”拼合成风场图像。可这个“扫描”过程并不快：从第一束光到最后一束光，往往要几秒甚至几分钟。而风不会等设备扫完，前一秒测的某个位置的风速，等扫到下一个位置时，风已经变了。这种“时间滞后”不仅让风场细节抓不准，还会产生巨大误差。
夏海云介绍，大气广域风场瞬息万变，传统扫描设备总“追不上”它的变化，容易把“微风”错判成“大风”，甚至漏判、误判阵风、切变风等危害天气现象。而“瞬态风相机”不是靠“慢扫”，而是靠“快拍”，把5千米半径内的风场的探测时间从“分钟级”压缩到了0.5秒。
这款风相机的核心优势在于独特的“多眼并行”设计：它搭载了10个测量通道，配上多通道激光发射模组、单孔径多通道望远镜，以及专门的多通道数据采集和探测阵列，不用机械扫描，相机能同时看向10个不同方向，瞬间“抓拍”大视场风场。它的“抓拍能力”突出：每秒至少能拍2张风场图像，探测范围可达5公里，视角达27°。该相机可以根据探测距离、视场大小，灵活调节曝光帧率，还能清晰呈现风的实时变化，消除了传统设备的“时间滞后”误差，连风场中细微的湍流都能测准。
这台设备让风场从“模糊的影子”变成“清晰的动态画面”。这款“风相机”的用处，早已超出“测风”本身。例如，在工厂烟囱的气体排放监测中，目前二氧化碳浓度的测量误差能控制在几个ppm（1ppm相当于1吨水中含1克盐），可风场测量若有10%的误差，会直接导致排放通量的测算误差大幅增加，而“风相机”能精准测风，让排放总量算得更准。再比如，在航空安全领域，飞机尾流是小尺度、快变化的“气流漩涡”，过去法国宇航局等机构用扫描设备测尾流，得到的仍是“静态风场假设下的图像”，误差较大，风相机则能实时捕捉尾流变化，为后续飞机飞行安全保驾护航。此外，它还能研究摩天大楼、大型桥梁、交通工具的风阻。因此，将在气象、航空、环保等领域发挥重要价值。
（南京信息工程大学供图）
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