森林阴燃火排放特性：研究前沿与展望

森林阴燃火是世界上最大尺度的燃烧现象之一,其排放在全球大气碳循环中扮演着重要的角色。然而其产生并累积的复杂排放物会导致区域性的雾霾灾害,严重威胁居民和消防人员的健康安全。尽管林火排放给社会经济生活带来诸多不良影响,但目前对森林阴燃火排放特性的科学认识还不足。本文总结了阴燃与明火排放的差异、影响阴燃排放的因素,以及在不同尺度研究中用于不同森林可燃物排放的测量方法。此外,本文还统计汇编了文献中包含主要火灾气体和颗粒物产物在内的排放因子数据,分析发现除CO₂及CO外,森林阴燃火产物的排放因子随分子质量的增加而逐渐减少。本文有助于提高对阴燃排放的科学认知,为防治由阴燃林火导致的雾霾灾害提供了丰富的数据基础。     

硅片表面构建的纳米金SERS基底检测雾霾颗粒物中的芴

以金纳米颗粒为基础,在硅片表面进行自组装,制备了纳米颗粒均匀密集分布的表面增强拉曼（SERS）基底,经过修饰后,实现了对雾霾颗粒物中的多环芳烃类物质—芴的分析测定。以3-氨丙基三甲氧基硅烷为偶联剂将纳米金固定到羟基化处理的硅片表面,然后将硅片在纳米金胶体和2-吡咯烷酮溶液中交替浸泡,在硅片表面制备了纳米颗粒均匀密集分布SERS基底。选择1-硫代癸烷对SERS基底进行修饰,以芴为目标物进行SERS检测,结果显示,在芴的浓度为1×10^-6～5×10^-5mol/L范围内,信号强度与浓度间具有良好的线性关系。将该基底用于雾霾颗粒物中芴的检测,在采集了雾霾样品的玻璃纤维膜表面芴的添加浓度约为5×10^-7～5×10^-6mol/g时,可以实现80%以上的回收率。     

林火中的阴燃现象:研究前沿与展望

森林中的植物腐殖质和有机泥炭土的阴燃是地球上尺度最大的燃烧与火灾现象,造成了巨大的经济损失及跨国界的雾霾,并严重破坏了生态系统。本文综述了阴燃林火的基础燃烧理论和化学反应机理,总结了其点火、火蔓延和熄火的行为特性。同时,归纳了近年来泥炭阴燃火的研究动态,包括如何通过小尺度的阴燃实验理解大尺度的阴燃林火,如何构建阴燃的数值模型等关键科学问题。最后,探讨了阴燃林火问题在燃烧学、火灾科学、林学、生态环境学、地球物理等多学科的交叉研究热点和方向,以期对未来多学科的交叉研究提供必要的参考和科学指导。     

近50年来中国东、西部地面太阳辐射变化及其与大气环境变化的关系

利用1961-2011年中国东、西部地区地面太阳辐射和长期气象数据观测资料, 综合分析了东、西部地区地面太阳总辐射的变化特征, 并结合云量、日照百分率、风速、相对湿度等分析了影响东、西部地面太阳总辐射的变化原因. 结果表明: 近50年来东、西部地区地面太阳总辐射整体呈下降趋势, 下降幅度有所不同; 20世纪90年代之前大部分地区地面太阳总辐射呈下降趋势, 之后呈缓慢增加; 东西部各地区地面太阳总辐射与日照时数间存在显著相关性; 分析影响地面太阳总辐射减少的因素, 东部地区地面太阳总辐射与日照百分率呈显著正相关, 日照百分率是影响地面太阳总辐射减少的主要因素, 总云量与低云量已不是东部地区影响太阳辐射的主要因素; 西部地区地面太阳辐射与云量相关性较低, 主要受大气污染和日照百分率的影响. 风速成为影响地面大气辐射的一个重要因子, 并且风是驱逐大气对流层雾霾等大气污染的主要因子, 这进一步证实了大气污染已经成为影响地面太阳辐射的重要因素, 尤其在中国东部地区.     

东南沿海地区相对湿度对气溶胶消光特性的影响

采用能见度仪和温度脉动仪在我国东南沿海典型地区进行能见度和相对湿度测量实验,利用能见度与消光系数和波长的关系,分析了在雾霾和晴好两种天气条件下相对湿度对沿海气溶胶系统消光系数的影响。研究结果表明:对于波长为1.06μm的激光,该地区两种天气下气溶胶粒子的潮解点均为80%左右;当相对湿度在80%~90%时,随着相对湿度增大,两种天气下消光系数相对干粒子时的增长率基本相同,吸湿增长因子主要介于1~2;当相对湿度大于90%时,二者相对增长差别很大,晴好天气下吸湿增长因子增大了两个量级,远大于雾霾天气。     

基于粒子谱分布的无线紫外光通信散射传输特性研究

在非直视无线紫外光通信中,利用大气中的粒子对紫外光进行散射作用来传递信息,非直视紫外光通信在近距离隐蔽通信中有广阔的应用前景。雾霾粒子属于气溶胶范畴,由空气中的灰尘、硫化物、有机碳氢化合物等粒子组成。雾霾粒子的尺度、浓度、形状等因素均会对无线紫外光散射通信的传输特性产生较大的影响。首先,基于蒙特卡罗方法建立了非直视紫外光多次散射模型,将霾粒子的半径和浓度这两个物理量引入该模型中,通过模拟大量光子在雾霾条件下经多次散射到达接收端的概率,进而仿真分析了系统路径损耗与粒子半径和浓度之间的关系。结果表明,(1) 在无线紫外光近距离通信条件下,雾霾浓度越大,路径损耗越小,系统通信性能越好;(2) 通信距离大于500 m时,增加雾霾粒子浓度,系统路径损耗总体先减小再增大;(3) 在粒子浓度一定情况下,增大粒子半径,路径损耗先减小后增大,且随着通信距离的增大,路径损耗极小值的位置不断向粒子半径小的一侧移动。其次,在模型中引入粒子尺度谱分布的概念,对粒子尺度谱分布进行分割,分别求出不同粒径及其所对应浓度。假定粒子尺度谱分布中不同粒径的粒子依次对光子产生散射作用,对相应光子到达接收端的概率求和,得到光子到达接收端的总概率,进而求得多种粒径的粒子共同存在情况下系统的路径损耗,使仿真模型更加逼近实际大气信道中多种半径雾霾粒子共同存在的事实。最后,搭建实验平台,分别在良好、严重雾霾、极严重雾霾三种不同天气条件下,实验测量了系统路径损耗和通信距离、收发仰角之间的关系,并与考虑粒子尺度谱分布模型中计算得到的路径损耗进行对比,实验数据与仿真结果趋势一致,雾霾天气下的通信质量优于良好天气,收发仰角越大对应的路径损耗也越大。     

基于新型核与灰度序列的时滞GM(1,N)模型及其应用

为了解决GM(1,N)模型在新型核与灰度的基础上,对驱动项的延迟作用机理不明确的问题,将时滞参数引入到GM(1,N)模型的驱动项中,构建了基于新型核与灰度的时滞GM(1,N)模型,分析了时滞参数的辨识方法,讨论了新模型的建模机理。为了更好地对该模型的有效性进行验证,将优化的时滞GM(1,N)模型对南京市的雾霾进行预测分析,选择GM(1,N)模型、一元回归模型与文中的优化模型进行对比。结果显示,优化模型对PM₁₀浓度的拟合精度更高,且误差均控制在5%之内,从而验证了提出的优化模型适用于具有时滞特征数据的模拟和预测。     

一种基于光子晶体的雾霾检测仪的设计

为设计雾霾检测仪,由Si和LiF介质组成了一含缺陷层的光子晶体.在考虑两介质色散关系的基础上,利用传输矩阵法对其透射特性进行了研究.计算表明,此光子晶体在580 ～ 720 nm的范围内出现了一个透射率为1的缺陷模,此缺陷模有如下特征:缺陷层中折射率变化时,不影响缺陷模的透射率,只改变缺陷模的中心位置,且缺陷模的中心波长与缺陷层中的折射率有线性关系.两介质几何厚度分别增加时,缺陷模的透射率不变,但其中心位置红移.缺陷层的几何厚度单独变化时,仅影响缺陷模的中心位置,几何厚度增加,缺陷模中心红移,且移动率一定.缺陷模的以上特征为利用此类光子晶体设计雾霾检测仪提供了有益的指导.     

基于故障树的城市雾霾天气模糊综合评判

以某市雾霾天气为例,找出导致该市雾霾发生的原因并建立相关的故障树,通过分析得出导致该市发生雾霾的主要原因为气象和人为原因.然后利用模糊综合评判法,对该市雾霾污染程度进行了量化评判,得出该市雾霾污染程度为重度污染,便于该市相关部门做好防范措施.结果表明,利用故障树分析法和模糊综合评判法对雾霾天气进行分析是可行的,为其他雾霾城市分析提供了参考依据.     

基于分层贝叶斯时空模型的雾霾天气过程计数分析

本文以北京市8个行政区(东城区、西城区、石景山区、海淀区、朝阳区、昌平区、顺义区、怀柔区)的PM2.5指数计算各区逐月雾霞天气过程计数频数为研究对象,选择考虑包括地表温度、相对湿度、平均风速、SO_2质量浓度和NO_2质量浓度在内的5个影响因素。本文定义雾霾天气过程,构建分层贝叶斯时空模型,在一个统计模型中对诸多影响因素进行分析,并从计数分析的角度对北京市雾霾天气现象的时空分布、影响因素进行深入讨论。通过分析得出,温度、湿度、污染物浓度对于雾霾天气过程发生具有促进作用,平均风速对于雾霾天气过程发生具有抑制作用。从时空角度分析,从时间维度上看雾霾天气过程的发生具有明显的季节性特征,冬季(1月、2月)以及3月雾霾天气过程发生次数最高,春季(4月、5月)发生次数最低,秋季发生次数略高于夏季。从空间维度上来看,中心城区(东城区、西城区、石景山、海淀区、朝阳区)雾霾天气过程发生次数明显高于郊区(顺义、昌平、怀柔),以东城区、西城区和朝阳区最为严重。