一种半球形天空亮度测量仪器的研制

在大气光学领域中,天空亮度分布有着重要的应用.简要介绍了天空亮度的测量原理,在分析同类测量仪器的基础上,提出了一种用于白天的,可见及近红外波段天空亮度测量仪器的设计,介绍了系统的组成和探测器的选择.经过定标,仪器能够得到天空亮度的绝对值,其结果反映了真实天空亮度分布的变化.该仪器弥补了传统的天空亮度测量仪器住测量波段、实时性、便携性等方面的不足,更好地满足了实际的科研需求.     

近地面层大气非Kolmogorov湍流特征参数测量

分析了2011年1月13日至17日超声气温时间序列数据,不仅采用结构函数和谱分析方法得到了Kolmogorov结构常数C2n,而且提出了非Kolmogorov湍流特征参数测量方法,获得了非Kolmogorov谱幂率α、广义折射率结构常数珟C2n以及等效折射率结构常数珚C2n等测量结果。结论如下:1)实验期间一维温度谱幂率在-1.9-α1-1.5范围内的频数为77.9%,弱湍流时谱幂率与Kolmogorov-5/3谱相比偏平;2)单点温度结构函数法和单点温度频谱法测量C2n差别不大;3)C2n和珟C2n量级和变化趋势基本一致,差别主要体现在弱湍流时C2n比珟C2n小,往往发生在谱幂率偏平的时段;4)珟C2n与珚C2n量级和变化趋势基本一致,差别主要体现在珚C2n有一些起伏,且与给定波长λ和传输路径长度L的选取有关。     

基于成像法的气溶胶粒形和散射分析仪

粒形是影响气溶胶粒子光散射特性的基本参量,其定量信息的研究受到越来越多的关注。气溶胶粒形的常规测量手段为散射法和显微成像法。将散射法与显微成像法有机结合,提出了基于成像法设计气溶胶粒形和散射分析仪的新方案,实现了仪器测量的自身完善。利用自编的无限长圆柱理论的仿真程序,分析了线偏振光入射下,已知形状的单个棉絮纤维粒子的散射强度和偏振。实验数据和程序运算结果的比较表明,用该方法设计的分析仪的检测是可靠的。     

基于船载测量亚微米海洋气溶胶粒径分布特征分析

基于南海北部海域开展的走航观测,测量了颗粒直径为14～680 nm的气溶胶数浓度,分析了气溶胶数浓度时空分布、粒径分布特征。以核模态、Aitken核模态和积聚模态为基础,统计了气溶胶粒径谱谱型并对其分布模式进行了对数正态拟合。同时,讨论了航程中遭遇的一次冷锋过程对气溶胶数浓度、粒径和组分分布的影响。结果表明：沿海海域气溶胶总数浓度超过6800 cm^-3,远海海域气溶胶总数浓度约为1700 cm^-3;海洋气溶胶中位数粒径谱符合对数正态分布,近海气溶胶多为双峰型,峰值数浓度在200 cm^-3左右,而远海气溶胶多为单峰型,峰值数浓度在60～100 cm^-3之间;冷锋过程前的气溶胶样品属于海源气溶胶,呈现海洋本底气溶胶特征,而冷锋过程后的气溶胶样品为受台湾岛污染影响的陆源气溶胶。     

单分散长椭球形气溶胶粒子的散射相函数研究

选取冰晶、沙尘和碳黑等典型气溶胶粒子为例, 应用T矩阵方法, 探讨了单分散长椭球形气溶胶粒子的散射相函数随纵横比、尺度参数和折射率的变化规律.折射率虚部为0时, 以纵横比为0.4的冰晶粒子和等表面积的球形冰晶粒子为例, 将两者的相函数比值ρ划分为5个数值区域: 1) 0°附近的前向散射ρ≈1, 2) 从5°左右到30°左右ρ>1, 3) 从30°～35°到80°～110°ρ<1, 4) 从80°～110°到150°～160°ρ1, 5) 160°以后ρ<1. 同等条件下, 由于折射率的变化, 沙尘粒子ρ<1对应的范围扩大至更大角度, 而ρ1和ρ<1对应的角度区域均相应减小, 而碳黑粒子的ρ1和ρ<1对应的角度区域则消失, ρ演变为3个数值区域.上述长椭球形粒子散射相函数的结论为气溶胶粒形检测和分析提供了理论依据.     

差分吸收光谱法对大气中挥发性有机物光化学作用指示剂的监测与反演

差分吸收光谱技术 (DOAS)由于高时间分辨率、高灵敏度和低操作费用等特点非常适合对大气中痕量的挥发性有机物 (VOCs)的光化学作用指示剂——O₃,O_x(O₃+NO₂)和HCHO进行实时追踪。 但由于这些指示剂含量较低,测量精度易受干扰。 文章利用自行研制的差分吸收光谱系统,对VOCs的光化学作用指示剂测量方法和数据反演进行了研究,通过增加信噪比,扣除背景杂散光等手段对其进行了准确测量;针对标准吸收截面的温度效应、光谱固有结构和灯谱结构的干扰,改进了干扰的对除方法;并对不同波段反演O₃,NO2和HCHO的干扰因素,反演浓度结果和反演准确度进行了分析与对比,以合适的波段准确反演物质浓度。     

取向比对圆柱状冰晶粒子光散射特性的影响

利用T矩阵方法研究卷云中圆柱状粒子取向比对散射特性的影响,计算了在小尺度范围内圆柱状冰晶粒子的散射特征量如散射相函数、消光效率因子、不对称因子及单次散射反照率,并将计算结果与等表面积、等体积及等效体积与投影面积比三种情况下的球形粒子的相应值进行了对比.结果表明:体积与投影面积比等效最接近真实值;取向比对不同尺度柱状粒子散射特性的影响存在相似性且有必要加以考虑;此外,发现等表面积、不同取向比粒子的散射相函数有一交点.     

远海海面大气光学湍流实验测量

将光纤湍流测量系统搭载于我国的“远望号”航天测量船, 首次实现了远海海面大气光学湍流的空间多点同步测量, 初步获得了远海海面大气光学湍流的基本特征和定量数据. 测量共进行了37天, 测量数据处理包括大气光学湍流强度的统计分析、采用Greenwood湍流空间相关函数模型对实测的光学湍流空间相关函数进行非线性拟合从而获得湍流的空间外尺度, 以及采用分段拟合算法获取光学湍流的功率谱标度指数. 结果表明: 海面大气光学湍流强度中等偏弱, 且无明显规律性的日变化趋势; 空间外尺度较小, 约为0.2-0.3 m; 湍流谱标度指数符合-5/3次方的概率均为25%左右, 低于相应的近地面概率.     

气溶胶吸收的光热干涉相位载波算法

解调算法是干涉测量的关键技术之一, 通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构, 阐述了相位载波调制解调的机理, 并利用光纤式光热干涉装置, 通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验, 并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证, 证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。     

紫外离子迁移谱在线监测芳香族化合物

利用自制紫外离子迁移谱仪,在迁移电场为311V/cm、离子门开门时间0.2ms和室温的条件下,测定了空气中的苯、甲苯、二甲苯以及萘、芴、蒽、1,2,3-三氯苯、5-氯苯酚等芳香族化合物,得到苯的校正迁移率为1.86cm2V-1s-1,且校正迁移率随着分子量的增大而减小。仪器对苯的检出限达到1mg/m3;线性范围达到4个数量级;响应时间小于10s。研究发现,电场强度增大有利于提高仪器的灵敏度,测定时载气流速100mL/min,迁移气流速300mL/min时,效果最佳。