辽东湾海冰反射特性

海冰反照率是研究海冰表面特性、海冰分布、海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值,对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。研究了辽东湾海冰反照率与海冰双向反射分布函数之间的相关关系。结果表明：(1)反照率与海冰组分密切相关,海冰表层颗粒物浓度越高,反照率α(λ)的值越小,气泡的含量越高,α(λ)越大;(2)当仪器探头天顶角θ为0°时,所测量的双向反射因子R_f与反照率α(λ)的值是相似的;随着θ的增大,R_f的值逐渐增大,且与探头方位角的相关性逐渐增强;当θ的值等于太阳天顶角63°时,R_f的值最大,且与探头方位角的相关性最强;(3)不同类型的冰具有不同的各向异性反射因子。     

基于三光谱带的大气散射效应校正方法

大气散射效应作为CO₂反演的主要误差源,严重影响了全球大气CO₂卫星产品的应用研究。气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。基于O₂-A,CO₂ 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、弱吸收峰和连续谱,从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度,分析三光谱带具有的相关信息,提出改进的全物理反演方法,对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演,实现大气CO₂反演中的散射效应校正。模拟计算气溶胶影响、气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO₂反演误差,并进行校正,极端情况下导致的8% CO₂反演误差可校正到1% 内,气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内,显示了方法的有效性,同时通过对校正效果的评估,表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力,也指出了实际应用时需要关注的问题。     

实验不可分辨的Voigt线型重叠谱线的压致展宽线宽的偏差确定

通过仿真和拟合Voigt线型重叠谱线,讨论了将实验上不可分辨的两条谱线重叠后视为单条谱线时所得到的压致展宽线宽与其实际值的相对误差ε,分析了该误差与两谱线的中心位置距离δν₀和实际的压致展宽线宽δν0_Ｌ的变化规律。发现ε在谱线的压致展宽线宽远小于多普勒线宽δν_Ｄ时显得很大,与δν₀和δν0_Ｌ的变化规律较复杂;当δν0_Ｌ可与δν_Ｄ比拟时,ε随δν₀的变化趋于呈光滑的二次项函数曲线,但曲线的斜率在δν0_Ｌ小于δν_Ｄ情况下为负,而在δν0_Ｌ大于δν_Ｄ时为正。整体来说,随着δν0_Ｌ对总线宽的影响越大,ε越小。所有这些结论和相应关系数据为修正压致展宽线宽的拟合值具有积极的参考价值,并且为进一步从实验上不可分辨的重叠谱线确定精确的压致展宽系数提出了极有意义的方法和思路。     

钢大气腐蚀锈层的红外、拉曼光谱研究

运用红外光谱、拉曼光谱分析的方法,对碳钢A₃和低合金钢10CrMoAl经青岛大气腐蚀的锈层样品,进行了比较测试,综合分析得出锈层中主要组成物相为α-Fe₂O₃,γ-FeOOH, α-FeOOH, δ-FeOOH,Fe₃O₄,以及各组成物相相对含量随腐蚀时间的变化情况。     

电子助进化学气相沉积金刚石中发射光谱的空间分布

采用蒙特卡罗方法,对以CH₄/H₂为源料气体的电子助进化学气相沉积(EACVD)金刚石中的氢原子(H_α,H_β,H_γ)、碳原子C(2p3s→2p2：λ=165.7 nm)以及CH(A2Δ→X2Π：λ＝420～440 nm)的发射过程进行了模拟,研究了不同CH₄浓度下各发射谱线的空间分布。结果表明,不同CH₄浓度下各发射谱线在反应空间的大部分区域内均随距灯丝距离的增大而增大,而当到达基片表面附近时有所减弱。随着CH₄浓度的增加,H谱线强度减弱,CH与C谱线强度增强。     

气象参数估算气溶胶光学厚度方法的实验验证

利用水平能见度和水汽压资料估算气溶胶光学厚度,并和太阳辐射计实测数据对比,用均方根偏差和相对偏差评估估算方法的精度。对气溶胶光学厚度日平均值的分析结果表明:实测值与估算值变化趋势大致相同;估算方法存在系统偏差。提出修正因子对估算方法进行修正,修正后的估算方法精度明显提高。     

四种姜黄素类似物核磁共振谱的理论研究

在B3LYP/6-31G(d, p)水平下优化了四种姜黄素类似物的几何构型,并通过振动分析验证了其构型稳定性。在B3LYP/6-311G(d, p)水平下计算了该类化合物的核磁共振谱,研究结果表明：四种化合物主体结构共平面性较好,为一较大共轭体系。由于羟基及甲氧基的引入,使Compound-B/C/D中C₃,C₄以及Compound-A/D中C₅均具有较大δ值,Compound-A中C₄和C₆的δ值相对较小,C₃的δ值相对较大。而在羰基与碳碳双键所形成的共轭羰基化合物中,羰基C₁₃的δ值(183 ppm)相对于乙醛中的δ值(201ppm)有所减小,C_{11, 15}(α碳)的δ值(122 ppm)相对减小,而C_{9, 17}(β碳)的δ值(145 ppm)相对增大。最后,通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了1H NMR δ值的实验和理论计算值的相关性,结果表明相关性较好,实验值和理论值基本吻合。     

卤代苯甲酰基二茂铁的紫外光谱研究

研究了全系列的邻、间、对-卤代苯甲酰基二茂铁的紫外光谱,发现化合物紫外光谱K带及R带 λ_max值呈现如下规律：卤素相同而取代位置不同时,K带和R带λ_max值均为λ_max(m-X)＞λ_max(p-X)＞λ_max(o-X); 卤素不同而取代位置相同时,K带λ_max值顺序为λ_max(Cl)＞λ_max(Br)＞λ_max(I)＞λ_max(F),而R带λ_max值顺序为λ_max(I)＞λ_max(Br)＞λ_max(Cl)＞λ_max(F), 邻位为Br,I时出现例外。     

室温下基于微等离子体放电发射光谱法检测甲烷

建立了一套针板电极交流放电微等离子发生装置,以氮气作为载气,甲烷为分析气体,放电电压为1.32 kV, 放电距离为3 mm, Pt丝和Pt/MWNT复合纳米粒子修饰FTO电极为放电电极,放电频率为30 kHz,功率消耗为13 W,利用发射光谱法检测放电过程中产生的微等离子体发射光谱,用于在室温下检测甲烷气体。在交流电压下,检测到甲烷的谱线有CH,C₂和H_α,以C₂谱线作为甲烷分析线,发现C₂谱线强度与甲烷浓度在0.5%～4.0%(φ)的范围内呈线性,检出限(S/N=3)为0.19%。以H_α谱线为分析线,H_α谱线强度与甲烷浓度在0.1%～3.0 %(φ)范围内呈线性, 检测限(S /N=3)为0.03%(φ)。对于3.2%的甲烷气体,平行测定11次,在Pt/MWNT/FTO电极上以C₂谱线为分析线和以H_α谱线为分析线的相对标准偏差分别为 1.3%和1.9%。说明Pt/MWNT 纳米复合材料修饰电极提高了分析方法的重现性和精密度。以空气混合气体为稀释气体,甲烷气体放电行为与纯氮气中放电行为有较大差异,C₂峰消失,只有H_α峰存在。H_α峰强度与甲烷浓度在0.5%～4%范围内有线性相关性。与其他的光发射光谱检测系统相比,该系统装置尺寸小,制备简单且在室温下操作。     

DKDP晶体的拉曼散射谱分析

根据空间群理论分析和指认了磷酸二氘钾晶体[K(D_xH_1-x)₂PO₄,简称DKDP]的拉曼活性晶格振动模,测量了其室温拉曼光谱。结果表明DKDP晶体的晶格振动谱主要是由D₂PO-₄阴离子团簇的内振动引起的。与H₂PO-₄阴离子稀溶液的拉曼谱和NaD₂(PO₄)₂晶体的拉曼谱比较,DKDP晶体中D₂PO-₄阴离子的四个特征内振动模可被指认为881 cm-1(ν₁),357 cm-1(ν₂),514/541 cm-1(ν₃),965 cm-1(ν₄)。     

深圳城市气溶胶物理光学特性的观测研究

气溶胶是影响气候变化和空气污染的重要因子.在深圳地区展开气溶胶观测实验,可以获得可靠的光学物理特征,进而有助于准确评估气溶胶在新型超极城市区域的气像和环境效应.本文利用2010年12月至2011年8月太阳光度计、黑碳和浊度计等气溶胶观测资料,分析了新型超级城市深圳地区的气溶胶物理光学特性.深圳地区气溶胶呈明显季节变化,冬、春季由于城市污染性气溶胶的影响,气溶胶光学厚度和Angstrom波长指数都较大,夏季受海盐气溶胶的影响,光学厚度较小,Angstrom波长指数也较小.光学厚度与Angstrom 波长指数对比表明城市综合性污染是引起深圳气溶胶高光学厚度的主要原因.深圳地区气溶胶的散射系数、吸收系数的平均值(标准偏差)分别为178.7×10^-6 m^-1(126.6×10^-6 m^-1)和32.5×10^-6 m^-1(18.1×10^-6 m^-1),均低于珠三角腹地多年观测平均值的二分之一和国内其他大型城市观测值.而单次散射反照率为0.81,与珠三角其他地区得到的结果接近.此外,气溶胶吸收、散射和单次散射反照率呈明显日变化,可能主要受大气边界层变化的影响.     

近红外通道辐射测量误差对水体大气校正的影响

一类水体的标准大气校正算法利用两个近红外通道(748和869 nm)的辐射比值选择气溶胶模型,然后外推估算各波长的气溶胶贡献,实现离水反射率的反演。两个近红外通道的辐射探测值的不确定性会直接影响反演精度。从数学形式上研究近红外通道测量误差在大气校正中的传递机制,通过敏感性试验分析不同光学厚度和气溶胶模型条件下离水反射率的反演误差分布。结果表明,两个近红外通道的测量误差组合情况对反演结果精度影响程度不同,同号时误差较小,异号时误差较大;气溶胶模型中的细粒子组分越多,反演的误差越大;光学厚度越大,反演误差也越大。     

Determination of the concentration of aerosol particles in a vertical atmospheric column from satellite measurements of the spectral optical depth

We propose a method for fast retrieval of the inhalable particle concentration (PM_2.5 and PM₁₀) in a vertical atmospheric column from satellite measurements of the aerosol optical depth (AOD) without using a priori assumptions concerning the refractive index and the aerosol particle size distribution function. The method is based on a polynomial regression between PM_2.5, PM₁₀, and AOD at the wavelengths 466 nm and 644 nm, established from AERONET data. We have studied the sensitivity of the method to errors in the optical measurements and have estimated the errors in retrieval of PM_2.5 and PM₁₀ for different atmospheric situations. We carry out parametrization of the regressions on the value of the integrated air moisture content.     

基于气溶胶光学厚度反演大气气溶胶尺度分布

介绍一种基于气溶胶光学厚度测量反演大气气溶胶尺度分布的新方法. 从实测气溶胶光学厚度出发，依据严格的Mie散射理论，将气溶胶尺度分布函数离散，采用线性回归法确定气溶胶尺度分布. 还通过对多重共线性的讨论，确定了用于反演气溶胶尺度分布的光谱波段.     

卫星遥感中不同偏振量对气溶胶反演的影响分析

偏振探测是提高气溶胶卫星遥感能力的重要途径。作为目前全球重要的偏振数据源,我国高分五号卫星搭载的多角度偏振探测仪（DPC）能够测量不同的偏振量,包括Stokes矢量偏振分量、偏振辐亮度（L_ｐ）和线偏振度（DOLP）。各偏振量所包含的有效信息和测量误差不同,进而影响气溶胶参数的反演精度。针对此,在最优估计反演框架下,利用信号自由度（DFS）和后验误差定量化分析了各偏振量对气溶胶参数反演的影响,为后续DPC气溶胶算法开发提供参考。研究结果表明：Stokes矢量包含的信息量最高,其次是线偏振度和偏振辐亮度,相应的气溶胶总DFS分别为7.5,6.1和5.2;采用不包含偏振方向信息的L_P反演时,复折射指数虚部和粒子谱有效方差的信息量比采用Stokes矢量和DOLP反演时显著下降,表明这两个参数对偏振方向和测量误差敏感,增加偏振方向信息和降低测量误差能够有效提高这两个参数的可反演性;偏振方向的探测对提高气溶胶遥感能力有重要价值,采用L_P和DOLP反演时,气溶胶各参数的后验误差比采用Stokes矢量反演分别增加67.6%和65.5%,其中细模态体积柱浓度和粒子谱有效半径受到的影响最大;在全部气溶胶参数中,复折射指数实部后验误差最小,虚部的反演不确定性最大。总体来说,细模态气溶胶的三个参数（体积柱浓度、复折射指数实部和粒子谱分布有效半径）在三种偏振量反演情况下平均DFS均大于0.85,能够较好的通过DPC观测反演得到,而粗模态气溶胶反演与气溶胶类型有关,参数反演不确定性较大。     

Retrieval of aerosol optical depth in vicinity of broken clouds from reflectance ratios: Sensitivity study

We conducted a sensitivity study to better understand the potential of a new method for retrieving aerosol optical depth (AOD) under partly cloudy conditions. This method exploits ratios of reflectances in the visible spectral range and provides an effective way to avoid three-dimensional (3D) cloud effects. The sensitivity study is performed for different observational conditions and random errors in input data. The results of the sensitivity study suggest that this ratio method has the ability to detect clear pixels even in close proximity to clouds. Such detection does not require a statistical analysis of the two-dimensional (2D) horizontal distribution of reflected solar radiation, which makes it suitable for operational retrievals. In comparison with previously suggested approaches, the ratio method has the capability to increase the “harvest” of clear pixels. Similar to the traditional independent pixel approximation (IPA), the ratio method has a low computational cost for retrieving AOD. In contrast to the IPA method, the ratio method provides much more accurate estimations of the AOD values under broken cloud conditions: pixel-based and domain-averaged estimations of errors in AOD are about 25% and 10%, respectively. Finally, both the ratio-based cloud screening and the accuracy of domain-averaged ratio-based AOD values do not suffer greatly when 5% random errors are introduced in the reflectances.     

典型类型气溶胶吸收光学厚度的定标规律

利用云和气溶胶粒子的光学特性软件包(OPAC)对陆地型、海洋型、沙漠型和极地型四种典型类型气溶胶的吸收光学厚度进行了计算统计分析,根据每一种类型气溶胶成分的差异,分析了气溶胶吸收光学厚度随波长及相对湿度变化的规律,建立了四种典型类型气溶胶吸收光学厚度与波长、相对湿度的定标关系。气溶胶吸收光学厚度随波长的幂指数衰减规律并不是在所有波长范围内均满足,不同类型的气溶胶,其适用的范围不同;气溶胶吸收光学厚度随波长和相对湿度的变化主要受气溶胶成分影响,相对湿度的增大会导致气溶胶吸收特性的降低,并会对吸收Angstrom指数造成影响。根据建立的气溶胶吸收光学厚度的定标关系,可由气溶胶激光雷达等设备实测的某一波长的光学参量计算光电系统对应波长、不同相对湿度情况下的光学特性。     

Inverse problem for particle size distributions of atmospheric aerosols using stochastic particle swarm optimization

As a part of resolving optical properties in atmosphere radiative transfer calculations, this paper focuses on obtaining aerosol optical thicknesses (AOTs) in the visible and near infrared wave band through indirect method by gleaning the values of aerosol particle size distribution parameters. Although various inverse techniques have been applied to obtain values for these parameters, we choose a stochastic particle swarm optimization (SPSO) algorithm to perform an inverse calculation. Computational performances of different inverse methods are investigated and the influence of swarm size on the inverse problem of computation particles is examined. Next, computational efficiencies of various particle size distributions and the influences of the measured errors on computational accuracy are compared. Finally, we recover particle size distributions for atmospheric aerosols over Beijing using the measured AOT data (at wavelengths λ=0.400, 0.690, 0.870, and 1.020 μm) obtained from AERONET at different times and then calculate other AOT values for this band based on the inverse results. With calculations agreeing with measured data, the SPSO algorithm shows good practicability.     

Impact of aerosols on the forecast accuracy of solar irradiance calculated by a numerical weather prediction model

The impact of aerosols on the forecast accuracy of solar irradiance calculated by a fine-scale, one day-ahead, and operational numerical weather prediction model (NWP) is investigated in this study. In order to investigate the impact of aerosols only, the clear sky period is chosen, which is defined as when there are no clouds in the observation data and in the forecast data at the same time. The evaluation of the forecast accuracy of the solar irradiance is done at a single observation point that is sometimes affected by aerosol events. The analysis period is one year from April 2010 to March 2011. During the clear sky period, the root mean square errors (RMSE) of the global horizontal irradiance (GHI), direct normal irradiance (DNI), and diffuse horizontal irradiance (DHI) are 40.0?W?m^?2, 84.0?Wm^?2, and 47.9?W?m^?2, respectively. During one extreme event, the RMSEs of the GHI, DNI, and DHI are 70.1?W?m^?2, 211.6?W?m^?2, and 141.7?W?m^?2, respectively. It is revealed that the extreme events were caused by aerosols such as dust or haze. In order to investigate the impact of the aerosols, the sensitivity experiments of the aerosol optical depth (AOD) for the extreme events are executed. The best result is obtained by changing the AOD to 2.5 times the original AOD. This changed AOD is consistent with the satellite observation. Thus, it is our conclusion that an accurate aerosol forecast is important for the forecast accuracy of the solar irradiance.     

AEDAL在青岛、渤海及黄海探测的定标反演

在不进行大气参数假设和加载其他辅助设备的情况下,通过对AEDAL机载大气环境探测激光雷达探测数据的分析,证明了用Slope法对空基激光雷达进行定标反演的可行性。AEDAL的定标反演结果,生动地展现了青岛地区及渤海、黄海海域气溶胶垂直分布、边界层结构及边界层光学厚度的重要特征。首先,冷锋过境,边界层高度明显下降的同时,气溶胶出现多层分布的现象,海区气溶胶垂直分布较陆地有明显的沉降现象。其次,青岛地区整个边界层光学厚度表现为城区最大、丘陵地区最小、渤海海区介于两者之间的分布特点,海区边界层光学厚度变化相对平缓,迎风坡附近的边界层光学厚度较周围有所增大。青岛至渤海这一区域,晴朗天气下边界层光学厚度的大小介于0.15～0.35之间,雾天则在0.3～0.45之间,而黄海海域则可达到0.55左右。这说明,青岛地区边界层气溶胶主要来自于城市和海洋,在冬季季风对气溶胶分布起作用的同时,山脉及地面风场对边界层气溶胶的输送有重要影响。