近红外波段气溶胶的衰减特性研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上, 对近红外波段的气溶胶衰减特性进行了研究。利用Mie散射理论计算并讨论了气溶胶的消光、散射、吸收效率因子随尺度参数的变化和消光系数随半径和波长的变化, 并且在MATLAB中对各种变化情况进行了仿真。结果表明, 三种气溶胶粒子的消光和散射能力依次为沙尘性粒子, 水溶性粒子, 烟煤。消光系数在粒子半径和入射波长相近时达到最大, 并且粒子半径对消光、散射、吸收系数的影响比入射波长更明显。这些结论可以为红外辐射在大气中的衰减计算和分析提供依据。     

吸湿性均匀混合气溶胶粒子等效吸收系数计算分析

以两种典型的吸湿性气溶胶组分(氯化钠和硫酸铵)为例,采用米氏散射程序,计算了粒子的吸收效率因子等光学参量,并分析了吸湿性气溶胶粒子加热的等效吸收系数随时间的变化规律,着重分析了忽略粒子自身吸收对等效吸收系数的影响,常规计算值与等效吸收系数在1μs时相对误差可达到234.7%和255.2%。同时,就不同相对湿度、不同波长对等效吸收系数含时变化规律的影响进行了对比分析,并讨论了采用均匀混合模型计算结果的相对误差,在1μs时实际值与计算值相对误差最大,分别小于3.62%和7.07%。     

沙尘气溶胶粒子模型的线退偏比特性

利用离散偶极子近似法研究了旋转椭球体沙尘气溶胶粒子模型在尺度参数变化范围为0.1~23时(波长0.55μm对应有效半径为0.01~2μm)的线退偏比特性。通过分析比较不同轴半径比时线退偏比特性的差别,研究了粒子非球形性程度对单分散和多分散沙尘气溶胶粒子退偏比特性的影响。对单分散系,旋转椭球体沙尘气溶胶的线退偏比在瑞利散射区和米散射区随散射角的变化有不同的分布特征;在瑞利散射区,散射角分别为0°和180°的前后向散射方向,线退偏比较小,其值在1%的量级,而在散射角为90°附近的侧向,线退偏比有最大值,可达100%;在米散射区,线退偏比则无明显的极值分布,但有明显的后向增强;单分散沙尘粒子明显的非球形性特征,会增加在瑞利散射区的线退偏比,但却不会明显增加米散射区的线退偏比。而对多分散系,除了出现线退偏比最大值的侧向附近(80°~100°)之外,沙尘粒子非球形性特征越明显,其线退偏比越大。     

双颗粒凝聚气溶胶的吸湿增长模型及散射特性

基于单颗粒气溶胶吸湿增长模型,分别建立了亲水性和亲疏水性双颗粒凝聚气溶胶的吸湿增长模型,并利用离散偶极子近似方法计算了不同相对湿度时两种凝聚粒子的散射特性。结果表明:在40%～90%湿度范围内,亲水性双颗粒凝聚气溶胶[以氯化钠(NaCl)-硝酸钠(NaNO_3)颗粒为例]的散射系数存在两次跃变,而散射系数跃变的位置和增幅与NaCl-NaNO_3颗粒的体积比密切相关;二次潮解后,不同体积比的亲水性凝聚粒子的散射系数随相对湿度的增加均呈现出指数增长趋势,且NaNO_3的体积分数越大,散射系数增长幅度越大。对于不同体积比的亲疏水性双颗粒凝聚粒子(以NaCl-烟尘颗粒为例),散射系数随相对湿度的增加均呈现指数增长,NaCl的体积比越大,散射系数增长越快,而潮解后亲疏水性粒子的相对位置关系对凝聚粒子散射系数的影响较小。上述结果可为进一步研究多颗粒凝聚气溶胶的吸湿散射特性提供可靠的理论基础。     

散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响

为研究不同散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响,计算了不同光学厚度下,一般种类混合模型(GHM)、实心柱状模型(SC)和聚合物实心柱状模型(ASC)取不同有效粒子半径时的反射率。理论分析了不同散射模型及其不同有效粒子半径对卷云光学厚度反演结果的影响。使用基于倍加累加法的矢量辐射传输模型RT3计算3种模型卷云光学厚度查找表,基于POLDER数据,采用查找表法进行卷云光学厚度反演实验,实验结果与理论分析一致。结果可知:采用不同散射模型反演得到的卷云光学厚度存在较大差异,相比GHM和SC模型,ASC模型卷云光学厚度反演结果更接近POLDER产品;有效粒子半径越大,光学厚度反演结果越大,GHM和SC的增幅较大,而ASC增幅很小。因此,在不具备有效粒子半径反演能力时,建议采用ASC模型反演卷云光学厚度,以减小有效粒子半径变化对反演结果的影响。上述研究对我国GF-5卫星的卷云光学厚度反演的散射模型选取及反演结果评价具有参考价值。     

非球形气溶胶粒子短波红外散射特性研究

利用T矩阵方法,以及基于扩散限制凝聚理论的广义多粒子米散射方法,研究了多种气溶胶粒子在1.6和2.0μm波段处,非球形单粒子和团簇粒子的光散射辐射特性,并分析了粒子有效半径、复折射指数、粒子形状、相对湿度等因素对非球形粒子散射特性的影响.分析表明,除了粒子有效半径和形状会在不同程度上引起粒子散射特性变化,相对湿度对其影响也比较大,球形粒子与非球形粒子在不同相对湿度下后向散射相对差异均在18%以上;当粒子体积较小时,水溶性气溶胶的后向散射强度随相对湿度的增加而增强,而当粒子体积较大时,则随相对湿度的增加而减弱;在体积相同的条件下,体积较小的团簇粒子的不对称因子比非球形单粒子平均偏大0.023,而体积较大的团簇粒子,却比非球形单粒子不对称因子平均偏小0.055;单粒子或等体积的团簇粒子,其不同波段之间单次散射反照率差异较大,最大可达0.226.该工作对研究气溶胶多次散射对CO₂浓度卫星反演精度影响具有重要的科学意义.     

空间垂直方向气溶胶消光特性的研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对空间垂直方向的气溶胶消光特性进行了研究。文章利用Mie散射理论计算讨论了气溶胶的消光、散射、吸收系数随各参数的变化,并在MATLAB中对变化情况进行了仿真。结果表明,粒子半径与入射波长大小相近时气溶胶的消光最强,并且随着能见度的增大,气溶胶衰减系数减小。这些结论可以为红外辐射的大气衰减计算和分析提供依据。     

XeF2光解离波时空特性研究

利用分幅相机拍摄了不同实验条件下的XeF2光解离波图像，反映了解离波的形成过程，获得了不同XeF2初始浓度下光解离波半径、解离层厚度、发展速度随时间的变化曲线，分析了光解离波参数的时间、空间特性。结果表明，光解离波在目前实验条件下所达到的最大距离约3 cm，解离波发展速度最大达28 km/s；XeF2初始浓度越低解离波半径越大，发展速度越快，解离层厚度越厚。     

基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO₂气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明：NO₂气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO₂气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不...     

海洋混合悬浮颗粒对蓝绿激光的散射特性研究

激光在水下的传输很大程度上会受到海水中悬浮颗粒物的影响,而目前对于海洋中悬浮颗粒物光散射的理论研究大多是针对单一成分的悬浮粒子而进行的,但是在真实海洋中悬浮颗粒物都是以多种成分混合的颗粒群形式而存在的,因此研究真实海洋中混合悬浮颗粒物对蓝绿激光的散射特性具有重要意义。该研究选取了对蓝绿激光传输产生较大影响的浮游藻类植物、悬浮泥沙、碎屑、悬浮气泡和矿物质这五种常见的悬浮颗粒物作为研究对象,充分考虑真实海况中这五种悬浮颗粒物的不同混合情况,构建了海水中混合球形悬浮颗粒物对蓝绿激光的散射特性模型。数值计算了海水中五种物质混合的球形悬浮颗粒物对532 nm蓝绿激光的统计平均光散射参量和平均散射相函数,分析不同混合悬浮颗粒物的混合比对平均散射、吸收和消光系数以及单次反照率随着粒子有效半径和粒子数浓度变化的影响,同时分析了不同粒子尺寸下的不同混合比对混合悬浮颗粒物的平均散射相函数随着角度变化的影响。数值结果表明,当悬浮泥沙在整个混合模型中占比越大时,平均散射系数越大,而当悬浮藻类粒子在整个混合模型中占比增大时,平均吸收系数增大,由此可知海洋中对光造成主要影响的五种常见悬浮颗粒物中,悬浮泥沙对光散射作用影响最大,悬浮藻类粒子对光吸收作用影响最大。随着悬浮颗粒物浓度的增大,混合粒子的单次反照率保持不变,由此可知混合悬浮颗粒物的平均光散射参量随着粒子浓度的增长速率是一致的。海洋中混合悬浮颗粒物的平均散射相函数随着粒子的有效半径的增大而增大,散射作用最大的混合比下的悬浮颗粒物其平均散射相函数最大,悬浮颗粒物的前向散射较强。该工作对蓝绿激光在海水中传输、信道建模,水下无线光通信的研究以及激光探测都具有重要的理论指导意义。     

Manufacturing and modelling of sintered micro-porous absorption material for low frequency applications

A novel sintering based method to produce thin ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE, absorption material layer to increase absorption at low frequencies is introduced. The experimental impedance tube measurement results show that a 4 mm thick sintered sample layer increases absorption at a low frequency range below 1000 Hz compared with commercial melamine and polyester absorption foam samples. To cover a wider frequency range, multilayer structures composed of a sintered micro-porous material layer and commercial melamine and polyester foam layers are created and examined. The sintered sample layer also increases absorption in multilayer structures at low frequencies. Absorption coefficient values above 0.5 are reached starting from 200 Hz with multilayer structures. Software exploiting Biot’s theory of porous materials has been adopted to fit the experimental absorption data for sintered samples, commercial foams and multilayers. Software based on Biot’s theory was found to deliver quite good correlation with measured absorption coefficient values, with disagreements below 10% between the measured and estimated values.     

吸声型薄膜声学超材料低频宽带吸声性能研究*

本文根据吸声型薄膜声学超材料的吸声机理，在传统的吸声型薄膜声学超材料结构的基础上引入质量非对称结构， 优化了不同厚度质量片的排布方式，并根据优化结果制备了能够实现低频宽带吸声效果的薄膜声学超材料样品。对其进行声学实验的测试结果显示，样品在 100-1000Hz 频率范围内的平均吸声系数达 0.25，并在 250-800Hz 频率范围内出现了多个共振吸收峰，且实验测得的吸声系数曲线与仿真曲线的趋势有较高的一致性。因此该样品实现了低频宽带吸声。     

硅酸铅玻璃光敏性研究

采用四倍频的Nd∶YAG脉冲激光 (波长 2 6 6nm ,脉宽 10ns)对氧化铅摩尔分数在 0 3至 0 5的硅酸铅玻璃体样品进行照射 ,并对照射前后样品的折射率及紫外可见吸收光谱进行了测量。研究发现不同能量密度的2 6 6nm激光照射硅酸铅玻璃体样品 ,会使样品的紫外可见吸收光谱产生不同的变化 :当 2 6 6nm激光能量密度较高时 (15 0mJ/cm2 ) ,样品在可见区域的吸收系数明显增大 ,样品表面会产生褐色斑点 ;而当 2 6 6nm激光能量密度较低时 (5 0mJ/cm2 ) ,尽管累计剂量较大 ,样品表面无斑点产生 ,吸收系数稍有增加 ,而折射率下降明显 ,最大Δn =- 0 .2 5± 0 .0 4。对氧化铅摩尔分数为 0 4 3的硅酸铅玻璃用不同能量密度的 2 6 6nm激光进行照射 ,发现当激光能量密度大于某一阈值时 ,样品在可见区域的吸收系数突然增大 ,这可能是由于硅酸铅玻璃吸收 2 6 6nm激光能量导致局部温度升高而引起玻璃结构改变所致。     

吡唑和1-甲胺酰基吡唑类化合物的紫外吸收光谱及其应用

研究了吡唑类化合物和1-甲胺酰基吡唑类化合物的紫外吸收光谱.结果表明,3位和5位的取代使吡唑的最大吸收波长红移3～4 nm,而4位的取代能够引起较大的红移(>10 nm).甲胺酰基的引入可使吡唑类化合物的最大吸收波长红移20～26 nm,最大消光系数提高2～3倍.基于此,建立了快速测定吡唑类化合物含量的紫外分光光度法,并测定了长效尿素中3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)的含量为尿素-N的1.15%,1-甲胺酰基-3-甲基吡唑(CMP)在水溶液中水解的半减期在20,25和30℃下分别为48,30和16 h,应用不同提取剂对三种土壤中硝化抑制剂3-甲基吡唑磷酸盐(MPP)的提取率为63.2%～89.2%.     

水云增长过程中的云滴谱及散射特性分析

基于大气物理学研究了水云云滴增长过程中的粒谱及散射特性.研究结果表明,凝结增长使粒谱半高宽和有效半径不断增加,碰并增长使粒谱出现多峰分布,有效半径增加.在凝结增长和碰并增长共同作用下,有效半径的平均增长速率为8 nm/s.凝结增长和碰并增长单独作用下,消光系数和散射系数随时间呈线性变化.在二者共同作用下,除3.2 mm波长外,消光系数和散射系数随时间呈指数增长;1.064, 2.2, 3.7, 12和22μm波长的不对称因子逐渐趋于稳定,200μm的不对称因子呈指数增长,3.2 mm的不对称因子基本保持不变;1.064和2.2μm波长的雷达比在20 sr附近波动,3.7μm波长的雷达比呈大幅振荡.云滴增长过程中,水云在1.064, 2.2和3.7μm波长的单次散射反照率逐渐降低,在12μm, 22μm, 200μm和3.2 mm波长的单次散射反照率逐渐增加,波长指数的绝对值逐渐减小.研究结果可为天气预报、地气辐射平衡研究和遥感数据校正提供重要的参考.     

基于紫外吸收光谱的酚类衍生物含量检测研究

研究了水溶液条件下苯酚及其酚类衍生物的紫外吸收光谱。2位、3位和4位引入取代基可使酚类化合物的最大吸收波长λ_max发生红移,摩尔消光系数ε_max明显提高。不同取代位置对λ_max和ε_max的影响程度不同。与2位和3位相比,4位取代能使最大吸收波长λ_max发生较大红移,摩尔消光系数ε_max增加较大,这是因为4位取代基能与苯环形成更多共轭结构的缘故。对硝基酚的λ_max和ε_max的特性研究表明—NO₂是酚类化合物较好的助色基。由此,建立了快速测定酚类化合物含量的紫外分光光度法,并选择测定了ε_max>10 000的四种酚类化合物在土壤中的吸附率。结果显示,酚类化合物在质地粘重的土壤中吸附率较大;高浓度的无机盐溶液能够提高酚类化合物在土壤中的吸附率。     

Rapid formation kinetics of a long-lived electron-hole drop in Ge under pulsed excitation

The buildup of a large long-lived electron-hole drop in stressed Ge is studied using its Alfvén wave resonances. This microwave method permits rapid time resolution of the formation process after a short intense (100 nsec, 7 W) laser excitation pulse. A delay of about 1 μsec is observed before the drop radius rapidly increases from zero to ～ 100 μm within the next μsec. This is consistent with the interpretation that the photo-produced electron-hole pairs are quickly accelerated to the strain-induced potential minimum which is well within the crystal.     

Noninvasive determination of absorption coefficient and reduced scattering coefficient of human skin tissues in vivo with oblique-incidence reflectometry

A spatial distribution of diffuse reflectance produced by obliquely incident light is not centered about the point of light entry. The value of shift in the center of diffuse reflectance is directly related to the absorption coefficient μa and the effective attenuation coefficient μeff. μa and the reduced scattering coefficient μ's of human skin tissues in vivo are measured by oblique-incidence reflectometry based on the two-source diffuse theory model. For ten Chinese volunteers aged 15-63 years, μa and μ's are noninvasively determined to be 0.029 - 0.075 and 0.52 - 0.97 mm-1, respectively.