激光与地球

    借助激光技术，能够探测并了解地球的自然属性和社会属性，并为保护生态环境提供科学治理的依据；借助激光技术，能够开发和利用太空资源、海洋资源，信息资源和食品资源等。从而实现经济社会发展和生态环境保护协同共进，为建设美丽家园做出贡献！

    本书主要介绍利用激光技术探测海洋环境、海洋资源、太空资源、地球运动和气候变化的基本原理、主要技术以及获得的主要结果，可供从事激光探测技术、地球物理、海洋物理、地球污染、生物工程、农业工程等相关工作人员和大专院校理工科师生阅读，也可作为大众科普教育的读物。

    雷仕湛，中科院上海光机所研究员，1965年参与研制成功我国第一台CO2分子激光器；1976年参与准分子激光技术研究，研制成功氟分子激光器，并发现新激光谱线；1978年参与研制成功我国第一台室温选支CO分子激光器；1992年开始自由电子激光研究等。出版有 《激光器设计基础》（上海科学技术出版社）、《需求：激励发明之路》（上海科学技术出版社）、《激光技术手册》（科学出版社）、《光子技术》（科学出版社）、《信息光盘》（科学出版社）、《光学新世界——非线性光学浅说》（科学普及出版社）、《追光-光学的昨天和今天》（上海交通大学出版社）、《原子和分子光谱学》（译作，上海远东出版社）等。曾获中科院自然科学奖二等奖、上海市科学技术进步奖三等奖；劳动部科学技术进步奖二等奖；1993年获国务院颁发政府特殊津贴；2001年获第三届中国科协先进工作者；1998年获上海市优秀科普作家称号；1997年获上海第二届大众科学奖提名奖。获第一届国家图书奖提名奖、第25届华东地区科技出版社优秀科技图书二等奖、中科院颁发的优秀科普作品奖，科技部颁发的2015年全国优秀科普著作奖。

第一章激光监测地球空间1
第一节激光测报地球气候变化1
一、 激光解密气候变化2
二、 激光探测大气环境质量21
第二节激光开发利用太空资源45
一、 丰富的太空资源45
二、 激光分析监测太空资源和原位制造62
三、 太空激光通信73
四、 激光飞行器78
参考文献90

第二章激光监测海洋91
第一节激光监测海洋环境91
一、 激光监测海洋水文环境91
二、 激光监测海洋气候环境106
三、 激光探测海洋地理环境110
四、 激光探测海洋光学环境118
五、 激光监测海洋电磁场127
六、 激光监测海洋环境噪声130
七、 激光监测海洋环境污染135
第二节激光监测海洋资源148
一、 海洋矿产资源148
二、 海洋生物资源154
三、 激光探测海洋能源资源159
四、 激光探测海洋水资源和化学原料资源176
第三节激光海洋水下通信190
一、 海洋光信道特性190
二、 海洋水下激光通信系统和特性194
三、 海洋对潜激光通信202
参考文献204

第三章激光监测地球运动208
第一节激光监测地球自转运动208
一、 地球的自转运动208
二、 地球自转速度变化与自然灾害218
三、 导致地球自转速度变化的主要因素231
第二节激光监测地球板块运动234
一、 地球板块构造235
二、 地球板块运动238
第三节激光监测地球其他运动243
一、 激光监测地极移动244
二、 激光探测地球膨胀运动247
三、 激光探测地心运动250
四、 激光探测火山活动252
参考文献261

第四章激光构建幸福地球家园264
第一节激光照射诱变培育生物新品种264
一、 激光照射诱变265
二、 激光照射诱变培育粮食作物新品种272
三、 激光照射诱变培育经济作物新品种281
四、 激光照射诱变培育鱼类新品种290
第二节激光重构细胞培育生物新品种291
一、 激光细胞融合291
二、 激光细胞外源基因导入294
三、 激光“变动”细胞内部组成296
四、 主要技术支撑300
五、 培育生物新品种实例314
第三节激光照射诱变培育果树新品种318
一、 激光照射诱变培育水蜜桃新品种319
二、 激光照射诱变培育葡萄新品种320
三、 激光照射诱变培育沙田柚新品种321
第四节激光照射诱变培育微生物新品种322
一、 影响激光诱发微生物变异的因素323
二、 激光照射诱变培育微生物新品种实例324
第五节激光信息高速公路326
一、 光纤通信327
二、 激光信息存储333
参考文献345

    20世纪60年代末，宇航员拍摄了太空星球的照片，太空中一颗美丽的蓝色星球——地球，就是人类共同的家园。地球像母亲一样，对人类温柔以待，为人类生命活动提供了必需的生活环境和各种资源，滋养我们繁衍生息。
    然而，斗转星移，随着人类社会的不断繁荣，我们常常感觉生活环境变差了。天空不再总是湛蓝，不时变得灰蒙蒙的；天气也不时变得酷热、严寒或飓风暴雨；野生物种不断减少，许多生物种类永远消逝。此外，地球上的水资源、矿产资源、能源资源、食物（包括粮食、鱼类等）也出现短缺现象，情况令人担忧。这些问题引起了世界各国的高度关注，很多国家组织科学家进行研究分析，以期找出产生这些问题的根源以及改变这种状况的办法。科学家认为，引起生活环境变化有自然因素和人为因素。现在普遍认为温室效应和地球自转速度变化是引起气候变化的根源，其中又以人为因素造成的地球自转速度变化为主。
    随着社会发展和世界人口的增多，各种资源的消耗量也随之增多，而地球陆地上储存的资源数量是有限的，随之而来必然会出现资源短缺。解决途径是开拓新资源，主要是开发利用太空资源和海洋资源。
    激光，并不是自然界里原本就存在的，它是凝结人类智慧的伟大发明。激光是人类认识和改造周围世界的神奇工具。利用激光技术可以帮助我们了解天气变差的原因，协助我们找到阻止其变差的办法；利用激光技术可以探测太空、海洋，那里有各种各样丰富的资源，可以解决资源缺乏；利用激光技术也能够培育各种粮食作物、经济作物新品种，它们的产量高，品质优良，给人类提供充足的食物。正如范滇元院士在本书序言中所说的，激光技术在太空资源、海洋资源、信息资源和食品资源等方面将发挥重要的作用，这也是激光技术的一个重要应用领域。
    感谢各位同仁和朋友在本书编写过程中给予的支持和帮助，感谢范滇元院士为本书作序；感谢王晓峰、石江波对本书图片绘制的帮助。希望读者通过本书对我们的地球家园多一些了解，也对未来建设好她有所帮助。诚然，受限于作者的科技知识水平，本书内容可能未达到我们的初衷，也可能离读者的期望有一定距离。我们欢迎并希望读者批评指正，也期待有更好的同类书出版。希望我们每一个人在地球家园都生活得安详、幸福。