她以激光为刃,破解大气探测难题

2025-11-26 15:22:49 中国激光杂志社

11月12日,聚焦激光与光学领域、汇集顶尖科研成果、兼具高学术影响力的行业领先学术机构中国激光杂志社以《西安理工大学狄慧鸽:大气探测领域的光学巾帼|光学青年》为题深度聚焦西安理工大学光电科学与智能仪器学院院长、博士生导师狄慧鸽教授的科研深耕之路。

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狄慧鸽,西安理工大学光电科学与智能仪器学院院长,三级教授,博士生导师,入选国家高层次人才项目(青年),获得陕西省青年科技奖。主要从事气象激光遥感技术和云物理探测技术研究。近五年主持国家及省部级项目10项,其中国家自然科学基金4项(重点项目1项),主研国家自然科学基金重大科研仪器研制项目1项。在国际光学、遥感及大气探测领域的知名期刊发表SCI及EI收录论文近100篇,获得国家发明专利授权14项,获省部级奖项3项。担任《光学学报》、《暴雨灾害》编委,《大气与环境光学学报》青年编委,陕西省光学学会常务理事,气象学会大气物理学专委会委员,气象学会气象教育培训专委会委员和中国环境科学学会环境信息系统与遥感专业委员会委员等职。

作为国家高层次人才项目(青年)入选者、陕西省青年科技奖得主,狄慧鸽教授深耕气象激光遥感与云物理探测技术领域,近五年主持国家自然科学基金重点项目等10项国家级、省部级课题,以近100篇SCI/EI收录论文、14项国家发明专利的硬核成果,对复杂大气的气象参量探测上取得持续突破;同时身兼《光学学报》编委等多项学术职务,以科研坚守与责任担当助力国产期刊高质量发展。从学术会议上的知性分享到实验室里的攻坚突破,从跨学科知识补短板到带领团队研发核心技术装备,狄慧鸽教授用二十余载深耕诠释着光学人的科研初心,让我们一同走进她的学术世界……

初见狄慧鸽教授是在第一届“空间、大气、海洋与环境光学”学术会议上,她受邀在报告中汇报了团队近些年的成果,知性优雅,在和编辑的交流中认真提出了自己对期刊发展的建议和理解。之后,在第二届、第三届“空间、大气、海洋与环境光学”学术会议上,狄慧鸽教授如约而至,认真对待每一次的学术交流。我对她发出了采访邀请,她欣然应允,于是便有了下文的对话。

选方向,补短板,推进大气探测研究的深入

我的科研工作是大气探测技术,属于光学、仪器科学与技术及大气科学等多学科交叉的研究。目前我的研究重点是云遥感技术,就是利用激光雷达、毫米波云雷达、成像仪等多遥感仪器对云进行探测,开展探测技术与多数据融合的算法研究,以期对云物理过程开展系统观测与科学分析。

在博士期间,我做的工作主要是激光雷达系统的标定技术,属于纯工科的工作。在西安参加工作后,课题组每年定期邀请北京大学毛节泰和赵春生教授等大气科学专家来校讲授大气物理学相关课程与学科前沿,特别是大气科学中的探测技术及其瓶颈,同时也讲到了大气物理、云物理相关的知识。我从他们那里学习到了很多大气科学方面的知识,同时也和他们一起探讨了很多遥感技术和大气科学相结合的工作,特别感兴趣,就希望能够将激光遥感技术用在大气探测上,特别是云物理的探测上。

由于我的学术背景属于工科,我一直觉得自己在大气科学的知识比较欠缺。我们研发了多套激光雷达系统,该系统开展了很多的实验观测,获得到了很多的科学数据,但是由于大气科学知识方面的短板,使得我们曾经没有办法对观测到的现象进行科学的解释,这些也使得我们对仪器的改进和性能提升的认识上有很大的障碍,这也是我在科研中曾经遇到的最大挑战。后来,我们团队买了很多大气科学的书籍来学习,同时也积极地向大气科学家们请教和交流,使得我的科研工作得以快速推进。

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西安理工大学激光雷达遥感研究团队

自研激光雷达系统,解决复杂大气条件下的探测难题

过去几年,我作为技术负责人研发成功了一套用于云系降水潜力评估的大气温湿度、垂直气流速度探测激光雷达系统,这套系统的科学目的是探测大气柱凝结量,主要是为了云水资源评估用。

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这个项目的负责人是华灯鑫教授,他给了我很大的科研自由度和好的思路建议,我们从硬件、软件还有数据反演算法及科学观测上做了很多工作,我有了很大的收获。这套系统解决了复杂大气条件下,大气温度、水汽及垂直气流速度的高精度探测问题,实现了大气柱凝结量的探测。研发成功后不仅在气象部门得到应用,同时也应用到了我本人在2021年主持的国家自然科学基金重点项目《云宏微观结构特征的遥感探测方法与实验观测研究》中,为我们后续云物理的研究提供了大量珍贵的观测数据。

这一项目对我的科研工作影响也非常大。这个时期使得我开始以不同于以往的思路来工作,需要统筹技术路线、团队协作和经费管理等多个要素,能够站在更高的视角和更长远的思路考虑科研上的工作。

未来,我希望看到云物理的微观机理与宏观效应的精准关联方面取得突破。现有光学、微波测云技术虽然已经实现从宏观到微观的跨越,但是大多研究仍局限于微观或宏观变化,并且还无法实现云三维结构的动态、实时观测,无法实现它们之间的相互作用和精准关联。

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身为编委,以实际行动支持国产期刊的质量提升

2022年,我和团队在《光学学报》上发表了《云探测中的激光雷达技术研究进展》,该文发表过程让我印象深刻。这一论文是在疫情期间写的,是一篇邀稿论文。当时开始写这篇论文是在2021年底到2022年初,也是疫情最严重的时候,每天不能出门,需要24小时呆在家里,我每天5点多起床开始查阅资料整理论文,生物钟也变得有点“昼夜颠倒”。当时华灯鑫教授带领团队主研的国家自然科学基金重大科研仪器研制项目《研究云系降水潜力的全天时云底温湿度和上升速度探测激光雷达》刚刚结题,我也刚刚获批了上述的国家自然科学基金重点项目,我的研究兴趣也从大气边界层的气溶胶转向高空的云,就想利用激光雷达对云进行探测。激光雷达波长比较短,穿透能力有限,在云探测中有很多劣势,但是也有很多优势,国内对此研究不多,所以就写了这个主题的论文综述。投稿之后,收到的反馈意见也很好,同时主编赵建林老师和副主编华灯鑫老师对论文也提了很多建设性的意见。到目前为止,这篇文章广受关注,是该年度期刊论文的高下载量和高被引文章。

作为《光学学报》的编委,我比较关注国产期刊的发展,尤其关注《光学学报》和《Chinese Optics Letters》两本期刊。通过参与编辑与审稿服务,使我对这两个期刊的宗旨与学术影响力有较深的认识。我觉得这两个期刊都在注重理论创新的同时,也重视实验技术的实现,同时能涵盖更多光学相关的交叉科学的发展。

代表性论文:

1. Huige Di*, Yun Yuan. The characteristics of cloud macro-parameters caused  by the seeder–feeder process inside clouds measured by millimeter-wave cloud radar in Xi’an, China. Atmospheric Chemistry and Physics, 24, 5783–5801, 2024.5.

2. Yun Yuan, Huige Di*, Dengxin Hua*. Microphysical Processes and Enhancement Effect of Natural Seeder-Feeder in Stratiform Snowfall Observed by Millimeter Wave Cloud Radar. 2025.1, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 63: 5100816.

3. Huige Di, Yun Yuan, Yaya Wang, Qing Yan, and Dengxin Hua*. Drizzle microphysical property and vertical air motions retrieval using Doppler lidar and radar measurements. Optics Express, 2024.8  32(17): 29001-29013

4. Huige Di, Xinhong Wang, Ning Chen, Jing Guo, Wenhui Xin, Shichun Li, Yan Guo, Qing Yan, Yufeng Wang, and Dengxin Hua. The algorithm of microphysical-parameter profiles of aerosol and small cloud droplets based on the dual-wavelength lidar data. Atmos. Meas. Tech., 17, 4183–4196, 2024.5.

5. 狄慧鸽,华灯鑫. 云探测中的激光雷达技术研究进展. 光学学报,2022,42(6):0600002

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狄慧鸽教授的科研深耕之路,正是西安理工大学“扎根行业、服务国家、面向未来”的生动写照,更是新成立的光电科学与智能仪器学院砥砺前行的鲜活注脚。  作为学院首任院长,她以国家自然科学基金重点项目、硬核技术装备研发等一系列标志性成果,为学院奠定了“学科交叉、应用导向”的鲜明底色。

光电科学与智能仪器学院的组建,绝非简单的学科整合,而是学校锚定“双一流”建设目标、对接国家战略需求的精准布局——聚焦“聚焦激光遥感、气象探测、超快光电,智能仪器等关键领域,既整合了学校在光电、仪器、物理等学科的传统优势,又紧扣气象环境监测、高端装备制造等国家重点所需与地方产业发展命脉,构建起从本科到博士的完整人才培养体系,汇聚了教育部黄大年式教师团队、省部级重点实验室等优质资源,形成了“基础研究-应用开发-产业转化”的全链条创新生态。这所崭新的学院,既是学校优化学科布局、提升核心竞争力的战略支点,更是服务陕西高质量发展、赋能国家光电与智能仪器产业升级的重要力量。

面向未来,相信在狄慧鸽教授等领军人才的引领下,光电科学与智能仪器学院必将以“建设国家一流学科”为愿景,持续深化学科交叉、科教融合、开放协同,在大气探测、精密测量等特色领域锻造更多“西理工名片”,为学校“双一流”建设注入强劲动能,为国家战略需求与地方经济社会发展贡献更为坚实的理工智慧与力量!


责任编辑:王萌

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