瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度

为了解平流层大气温度变化规律,利用瑞利-拉曼-米散射激光雷达对南京上空平流层温度进行长期观测,对观测数据的分析表明:夜晚平流层温度受到重力波的影响,重力波破碎会导致局部温度升高,温度相对变化可以达到12%;在季节变化的过渡月份(4月和10月),平流层中低层温度会有所升高,对应的平流层高层温度降低;平流层温度月变化方面,除局部由于行星星际波的影响外,各月份平流层温度整体上相对比较稳定,激光雷达所测大气温度与大气模式温度具有一定的差别。最后,利用平流层温度廓线提取了重力波信息。     

次声波在非均匀大气中的超视距传播特性研究

本文基于Nonlinear Progressive Equation (NPE方程)开展了对非均匀大气中次声波超视距传播特性的研究, 通过数值模拟实验对武汉上空四季次声波传播情况以及路径传输损耗进行了模拟, 获取了次声波在非均匀大气中的超视距传播特性. 计算结果表明, 非均匀大气的性质及其中存在的风对次声波传播有明显的影响, 平流层折射与风速和声波传播方向密切相关, 数值模拟结果表明, 当高斯声源主频为0.1 Hz时, 在不同的背景风场传播条件下, 存在着两个反射高度, 其中40 km 高度反射传输损耗约为25 dB, 110 km反射传输损耗约为50 dB. 关键词： 次声波 超视距传播 非均匀大气 平流层折射     

东亚地区大气环流的季节划分及其时空变化特征

利用NCEP-DOE Reanalysis 2 1979-2009年位势高度场、温度场、湿度场和风场逐日再分析资料,采用考虑面积权重的区域多要素最优分割法,对东亚地区大气环流的季节进行划分,并分析了四季起始时间的时空变化特征.研究结果表明:1)东亚地区春季最早始于中高纬地区的平流层和副热带的对流层中下层;夏季最早始于中高纬的平流层和副热带、中纬度地区的对流层中上层;秋、冬季开始最早的地区集中在东亚地区东部和东北部的对流层中低层,以及中高纬的平流层. 2)季节变化与环流形势密切相关,且对流层各个层次的夏季和冬季起始时间的分布均有较好的垂直一致性,平流层与对流层各季节起始时间分布有较大的差异性,平流层中层和下层也并不一致. 3)华北地区四季平均起始时间距平序列的逐年演变特征表明近30年该地区出现了6个四季起始时间异常偏早的年份,与El Niño活跃年份相一致,反映了海温等外强迫对大气环流季节变化的影响. 关键词： 季节划分 东亚地区 区域多要素最优分割法     

臭氧卫星遥感反演进展及挑战

臭氧是大气中重要的痕量气体,可影响对流层与平流层大气状态和过程。约90%的臭氧集中在平流层,可吸收下行紫外太阳辐射,保护地球生命系统;约10%的臭氧位于对流层,其空间分布多受局地生成和跨区域输送的影响。目前,臭氧已逐渐成为我国甚至全球首要污染物,臭氧污染防治也相应地成为我国未来大气污染防治的重点。本文回顾了卫星遥感臭氧的发展进程,包括臭氧卫星探测传感器、反演算法和应用进展,并着重分析了臭氧污染相关内容,包括臭氧污染时空特征分析、典型污染事件分析、臭氧污染与气象条件相互作用等。多种卫星探测载荷的仪器设计和反演技术的不断发展,使得卫星遥感臭氧反演和监测应用成为可能。卫星可通过紫外谱段和红外谱段而获取臭氧整层信息和垂直分布信息,目前臭氧柱总量监测精度较高,但对流层下层和近地面臭氧浓度反演精度还有待提高。根据现阶段的技术水平,可采用多种技术方法相结合来提升中低层臭氧的探测能力。臭氧污染的监管和防控需要摸清来源,准确评估污染的成因,可从前体物排放、化学转化、气象影响、三维传输等方面逐步进行解析。此外,氮氧化物(NO_x)和挥发性有机物(VOC_s)的协同减...     

探测大气温度和气溶胶的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达

研制了一台瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达,实现了对流层和平流层大气温度和密度的探测。作为多参数大气探测系统,该激光雷达也实现了夜间至25km、白天至5km高度气溶胶的探测能力;其中激光雷达是探测平流层气溶胶最有效的手段之一。利用该激光雷达对目前合肥地区对流层温度、平流层逆温现象、对流层和平流层气溶胶做了探测和分析,并给出若干典型结果。分析表明,该激光雷达数据可靠,可用于大气温度、密度、气溶胶的常规观测和分析研究。     

大气颗粒物成分分析标准物质研究进展与思路

颗粒物已成为一些城市大气的首要污染物。由于准确测定大气颗粒物的化学组成难度大、技术要求高，为了确保测量结果的准确度和溯源性，需要与之相近的标准物质。从大气颗粒物标准物质候选物来源组成、样品采集、制备技术、特性量组分与分析技术等方面，梳理了国内外相关研究进展。分析了我国大气颗粒物标准物质存在的基体类型少、采样制备技术落后、样品短缺等问题。结合国外大气颗粒物标准物质研究经验，以我国生态环境监测与治理修复重大需求为导向，从标准物质的代表性和实用性角度出发，探索切实可行的研究思路。创新性提出基于大气可吸入颗粒物质组成和来源解析，针对性采集研究区内各种主要源物质，根据基体和含量特征要求，通过对源物质的组合制备，获得一系列目标含量候选物样品的方法。     

次声波在平流层波导中传播的数值模拟

对次声波在大气中传播进行了建模。通过结合保色散关系空间差分格式和Runge-Kutta时间格式的数值方法,建立了次声波传播模型。应用该次声波模型,研究了在耗散的重力分层大气中次声波的平流层导行传播。数值模拟结果表明,当次声波波包在平流层高度上被反射时,反射区域存在焦散现象,在声波的声压下降的同时,声波的能量得到聚焦。通过数值模拟结果与射线计算结果的对比表明,大气中声波传播的轨迹的精确描述需要应用全波解。      

基于DOAS技术的气溶胶粒谱分布反演方法研究

大气气溶胶不仅对全球的气候变化产生重大影响,其本身也是一种污染物,另外它在许多污染气体的化学反应中起重要作用。因此,实时监测大气气溶胶已成为环境领域的重要研究方向。差分吸收光谱技术是一种基于痕量气体“指纹”特性反演其浓度的光学遥感方法,同时该方法也可用于大气气溶胶消光系数的测量。文章介绍了利用闪烁差分吸收光谱系统监测大气气溶胶粒谱分布的方法,重点阐述了基于蒙特卡罗方法的粒谱分布反演算法,监测结果通过与PM10、能见度及Angstrom波长指数的对比证实了该方法的可行性,为近地面大气气溶胶监测提供了新的手段,同时也扩展了差分吸收光谱技术的应用范围,该方法对大气化学的研究有着重要的意义。     

非柯尔莫哥洛夫湍流光束漂移的理论研究

一直以来, 大气湍流对空间光通信影响的研究都是在柯尔莫哥洛夫(Kolmogolov)湍流理论的框架内进行, 该模型已经被人们广泛接受和使用。然而, 近年来国内外众多非柯尔莫哥洛夫(Non-Kolmogolov)湍流的实验报道则表明Kolmogolov湍流理论有时不能完全正确地描述大气湍流的统计规律, 尤其在对流顶层和平流层。为了全面了解大气湍流对空间光通信的影响, 研究Non-Kolmogolov湍流对光波传输的影响成为了首先要面对的问题。基于Non-Kolmogolov湍流功率谱密度, 运用几何光学近似方法推导了弱起伏条件下准直光束和聚焦光束的光束漂移方差, 并给出了简洁的解析表达式; 然后, 利用这一表达式进行了仿真分析。     

一维大气等离子体化学过程数值模拟

用数值模拟方法研究了低空及高空环境下，大气等离子体的化学反应及一维扩散过程. 推导了三组分(电子和正负离子)的双极扩散公式，观察了扩散过程中不同组分的空间分离，以及扩散和化学反应对电子数密度演化的贡献. 关键词： 大气等离子体 化学过程 数值模拟     

激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列(Ⅰ) 光谱技术在大气环境监测中的应用

碳的氧化物、硫的氧化物、氮的氧化物和卤化物等是由人类的生产活动和社会活动产生的重要的环境污染物质 .它造成了温室效应、酸雨、对流层的光化学雾和平流层的臭氧耗减等环境问题 .它威胁着人类的生存环境和地球上的生态平衡 .光谱技术可广泛应用于环境污染监测 .文章简要介绍全球面临的主要环境问题 ,重点介绍光谱技术 (包括常规光谱技术、激光光谱技术以及激光雷达等 )在大气环境监测中的应用和进展 .利用这些技术 ,可以获得污染物的组分、浓度、温度或空间分布等方面的信息 .     

宇生核素 10Be、 7Be、 22Na大气示踪概述

大气宇宙成因核素 10Be、 7Be、 22Na作为平流层、对流层之间物质交换(STE)动力学过程的敏感示踪剂,对于全球气候变化、大气环境治理等研究具有非常重要的意义。介绍了这几种核素应用于STE的国际研究现状以及面临的困难,概述了加速器质谱法(AMS)在此方面具备的优势和研究基础,基于天津大学的小型低能量AMS系统和已建立的 10Be测量方法,对AMS测量 7Be、 22Na所面临的关键技术做了可行性分析与探索。     

非Kolmogorov大气湍流中的光传播及其对光电工程的影响

非Kolmogorov大气湍流中的光传播及其对光电工程的影响已成为当前应用光学的研究热点之一。详细对比讨论了真实的非Kolmogorov大气湍流的光学特性和理论研究中的非Kolmogorov湍流谱模型;从一般光传播效应,各向异性湍流中的光传播效应,特殊光源、部分相干光、阵列光源的传播效应以及这些效应对光电工程的影响6个方面分析了光波在非Kolmogorov大气湍流中的传播效应及对光电工程影响研究的最新进展和存在的相关问题;从大气湍流测量技术、非Kolmogorov大气湍流光传播的数值模拟及其与实际光传播实验的对比分析三个方面提出了对今后这个研究领域重点研究方向的建议。     

临近空间平台光电探测系统在空间态势感知中的应用

介绍了空间态势感知的概念,以及地基、天基光电探测系统和临近空间平台的特点及研究现状,对不同平台光电探测系统的性能与特点进行了分析。分析表明,地基光电探测系统的观测质量受地球大气湍流和大气吸收的影响,有其极限探测能力,且大部分大气扰动发生在大气最底层的对流层;天基光电探测系统虽然可不受大气湍流的扰动,但光电探测平台的探测时间只有地基望远镜的1/3,且耗资巨大;临近空间平流层平台(飞艇)光电探测系统不受对流层大气扰动的影响,其分辨力可显著提高,并且具有灵活布站等优势。基于临近平台光电探测系统的优势,综述了发展临近平台空间光电探测系统的可行性,归纳总结了将其应用于空间态势感知的技术要求,涉及材料、控制、能源和高能物理等。     

光腔衰荡光谱法测量大气中的NO_3和N_2O_5（英文）

本文应用基于二极管激光器的双路光腔衰荡光谱技术,分别对大气中NO_3和N_2O_5浓度进行监测.通过使用实验室标准样校正有效吸收腔长比R_L和系统的总损耗系数η,并获得了NO_3有效吸收截面.该装置在时间分辨率为1 s时,对NO_3的测量灵敏度达到1.1 pptv,N_2O_5被在线转换成NO_3,从而被另一路光腔衰荡光谱装置探测.利用该装置,对合肥市区冬季夜间大气中的NO_3,N_2O_5浓度进行了实时监测.通过对比一次大气快速清洁过程中氮氧化物、臭氧、PM_(2.5)等组分的浓度变化,讨论了大气环境下可能影响NO_3及N_2O_5浓度的因素.     

自然环境中多因子对自由空间量子通信性能的影响

根据大气中尺寸与光波长相近的各粒子的粒度谱分布函数,分析了大气湿度、粒子浓度、光信号波长和粒子直径等因子与量子弱相干光信号的衰减关系.讨论了多环境因子对大气能见度的影响,得到平流层量子通信中大气能见度和探测望远镜倾角对链路衰减的影响,量子信号传输误码率、保真度与大气能见度和传输距离的定量关系.仿真实验表明,随着大气湿度和粒子浓度的增加,量子信号传输的链路衰减逐渐增加,当光信号波长与粒子直径相近时,衰减最显著;在传输距离为15km,望远镜倾角为90°的前提下,当大气能见度分别为5km和15km时,链路衰减依次为18.9dB和14.2dB,信道误码率分别为0.010 5和0.009 9,信号保真度分别为0.22和0.71.     

大气污染物垂直廓线扫描差分吸收光谱方法研究

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气痕量气体含量的常用方法,该方法灵敏度高,可同时监测多种大气痕量气体.提出了应用差分吸收光谱方法监测大气痕量气体垂直分布,结合放置数套角反射器的近地层高塔,研制出扫描长光程差分吸收光谱(扫描LP-DOAS)系统.应用此系统于2007年夏季对北京城市重要大气污染物NO2的垂直分布进行了外场监测,准确获得了NO2沿各光路的积分浓度,确定了系统在各光路的检测限和系统总的测量误差.基于垂直廓线模型,成功反演了NO2的垂直廓线和垂直梯度.研究结果表明扫描LP-DOAS技术监测城市大气近地层痕量气体垂直分布的可行性.     

大气声传播通道的声源当量估计方法

提出了一种基于大气声传播通道的爆炸声源能量估计方法,通过将计算大气声学的传播能量分布结果与大气中传播的声压幅度衰减模型相结合,使用平流层通道与热层通道传播损失能量比例作为修正量,提高了对爆炸声源能量的估计精度。在多次地面爆炸实验得到的数据中,使用观测距离800 km以上且同时存在平流层通道与热层通道的次声接收信号,对比了平流层顶风速修正的能量估计方法与该文提出的基于大气声传播通道的能量估计方法。实验结果验证了相对于传统风速修正的能量估计方法,该方法可显著降低估计误差。     

温室气体及碳同位素比值红外光谱反演精度的影响因素研究

由于傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术在定量反演中受到气体温度、压强等气体特性以及水汽交叉吸收的影响, 使其在温室气体及碳同位素比值高精度检测领域的应用受到限制. 本文首先研究了气体特性与水汽吸收敏感性修正方法; 然后,结合实验研究中建立的敏感性修正函数, 对标准气体实测数据进行了气体特性敏感性修正, 修正后,五种测量组分的精密度均有明显提高, 其标准偏差降低倍数分布在1.80到3.38之间. 研究结果对于FTIR技术在大气本底温室气体及碳同位素比值高精度监测领域的应用具有重要意义.     

北京冬季大气污染物的DOAS监测与分析

基于差分光学吸收光谱(different optical absorption spectroscopy,DOAS)技术于2007年1月19日～2月8日期间对位于北京市北四环附近的北京大学校园进行了大气污染物SO2,NO2,HONO和HCH的连续监测.并对SO2典型日变化趋势、主要污染源以及气象条件对污染物浓度分布的影响进行了分析.结果表明,在天气状况较为稳定的情况下,SO2具有"V"字型日变化特征,即除下午浓度较低外,其余时间浓度均较高.研究发现北京冬季采暖期间燃煤对大气各污染物的浓度均具有显著贡献.结合风速等气象要素对污染物扩散、传输和清除进行的分析可知,监测期间风速对污染物浓度分布起主导作用,气压等其它气象.状况对污染物浓度分布也有一定的影响.