氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及性能

以三聚氰胺（M）、间苯二酚（R）和甲醛（F）为原料,经溶胶-凝胶法、超临界干燥和高温碳化制备了系列的氮掺杂碳气凝胶（NCAs）。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,氮元素成功地引入到碳气凝胶中,并且可以通过调节三聚氰胺掺杂量来控制氮掺杂量;扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附测试显示出不同氮掺杂量的碳气凝胶的微观结构差异较大,随着氮含量的增加,比表面积有先减后增的趋势;在6 mol/L KOH溶液中进行的恒流充放电和循环伏安测试表明,引入氮元素能够极大地改善碳气凝胶的电化学性能,最高比电容量达176 Fg-1,并且凝胶具有良好的电容特性和可逆性。     

基于星地链路的垂直降雨场反演方法

在分析星地链路几何结构及传播模型的基础上,研究基于联合代数重建技术的星地链路反演二维垂直降雨场的方法.利用实测降雨资料构建3类降雨场,并搭建3条17 GHz垂直极化星地链路进行数值仿真.实验结果表明:单星地链路无法实现二维垂直降雨场的重构,反演场与真实场的相关系数分别为0.556,0.504和0.364;基于双星地链路的反演结果和真实场的相关系数均高于0.98,平均偏差分别为0.122, 0.159和0.537 mm/h,欧式距离均低于0.9 mm/h,熵的相对误差均小于1.6%,基本实现了二维垂直降雨场的反演;三星地链路的应用进一步提升了反演精度,相关系数接近于1,能够精准重构降雨场.实验结果验证了基于星地链路的垂直降雨场反演方法的可行性、准确性和有效性.星地链路的架设和维护简单,探测降雨范围广,易于在高原、山区、海岛等传统地面观测资料缺失的地区使用,可以作为已有降水测量手段的补充.     

基于粒子成像测速技术的雨滴微物理特性研究

为了获取自然环境条件下的雨滴形状、尺度、速度、取向等微物理特性,基于粒子成像测速的瞬态测量可视化技术,研究基于点扩散函数的图像复原算法和自相关图像的速度提取算法,设计并研制了一种基于面阵电荷耦合元件的自然降水成像测速系统.通过外场观测试验研究了雨滴的直径、速度、轴比和空间取向及其谱分布等微观物理特性;雨滴的速度随直径的增大呈指数增大,轴比随直径的增大呈线性减小,空间取向易受环境风的影响,倾斜角的平均值在2.1?左右,标准偏差为11.5?;基于实测数据拟合了雨滴速度和轴比随直径的变化关系.与国外已有模型相比,本文进一步得出了具有本地化特征的雨滴微物理特性.所得到的结论对于云降水物理学研究、天气雷达地面定标、雨致微波衰减评估等方面的应用具有重要的意义.     

基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法

以T矩阵理论、Gamma谱分布为理论基础,基于Pruppacher-Beard降雨粒子模型,对OTT雨滴谱仪的Gamma谱参数历史资料与降雨强度值进行非线性拟合得到具有实地谱分布的幂律系数,建立适合于本地区的雨衰模型,提出了基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法,分析了温度对模型幂律系数的影响,并开展了15—20 GHz频段的视距微波链路与地面雨滴谱仪的同步观测降雨实验.实验结果表明:反演雨强的相关系数全部高于0.6,最高达到了0.96,RMSE最小值为0.79,累积降雨量的绝对偏差在2.47 mm以内,最小偏差仅为0.28 mm,相对误差低于1.84%.实验结果验证了基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法的有效性、准确性和适用性,对于进一步提高微波链路反演降雨精度、改善降水监测效果具有重要意义.     

基于微波链路的路径雨强反演方法及实验研究

从大气气体吸收衰减模型出发, 基于微波雨衰特性和雨滴谱统计资料建立了微波链路降雨有效衰减的修正模型和视距微波链路的降雨反演模型. 设计并搭建一条视距微波链路测雨实验系统, 利用降雨反演模型反演了路径平均降雨强度, 并与雨滴谱仪进行了同步对比. 观测结果表明, 视距微波链路降雨反演模型的反演雨强与雨滴谱仪测量结果的相关系数大多高于0.6, 最高可达0.9647; 累积降雨量的绝对误差大多在0.5 mm以内, 最小偏差仅有0.0827 mm; 相对偏差大部分在15%以内, 最小相对误差为3.3415%. 实验结果验证了微波链路反演降雨的有效性和准确性.     

超高比表面积碳气凝胶常压干燥制备与结构分析

以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,加入表面活性剂P123以增强材料的骨架强度的方法,采用常压干燥技术制备了RF碳气凝胶,并进行了二氧化碳活化以调节其孔结构。扫描电子显微镜(SEM)测试表明,常压干燥的碳气凝胶结构中具有更大的纳米颗粒,骨架结构变粗,活化使碳气凝胶骨架结构更加致密;红外吸收光谱(FTIR)表明,表面活性剂P123中的醚键与RF苯环中的羟基存在强的相互作用,碳化后P123特征峰消失;热重曲线(TG和DTG)分析说明P123在440 ℃左右分解完全,不会对碳气凝胶的成分产生影响,并能起到良好的造孔作用;氮气吸附表明常压干燥制备的碳气凝胶比表面积约为570 m2/g,活化之后的比表面积高达3 500 m2/g左右。     

基于支持向量机的微波链路雨强反演方法

为提高微波链路雨致衰减反演雨强精度, 在Mie散射理论、气体吸收衰减模型以及Gamma雨滴谱分布的基础上, 将支持向量机引入到微波链路测量降水中, 提出了基于支持向量机的微波链路雨强反演方法, 并开展了15–20 GHz频段的视距微波链路与地面雨滴谱仪的同步观测降雨实验. 实验结果表明, 基于支持向量机的微波链路雨强反演模型的反演雨强与实测雨强的相关系数全部高于0.6, 最高达到0.9674; 雨强的均方根误差最小值为0.5780 mm/h, 累积降雨量的绝对最小误差仅为0.0080 mm; 相对偏差大部分在10%以内, 最小偏差为0.7425%. 实验结果验证了基于支持向量机的微波链路雨强反演方法的有效性、准确性和适用性, 对于进一步提高微波链路反演降雨精度、改善降水监测效果具有重要意义.     

基于粒子成像测速技术的降雪微物理特性研究

为了获取自然环境条件下的降雪的微物理特性,本文利用自主研制的降水微物理特征测量仪,研究基于雪花速度的完整俘获概率和空间谱反演算法,并通过外场观测试验研究了雪花的形状、尺度、速度、轴比、空间取向及其谱分布等微观物理特性.结果表明,雪花形状呈现针状、片状、粘连状、扁球状等多种形状,雪花速度随直径的增大而略有增大,轴比随直径的增大略有增大,空间取向易受环境风的影响,倾斜角的平均值在0.9°左右,标准偏差为13.2°;基于实测数据拟合了雪花速度和轴比随直径的变化关系,与国外已有模型相比,本文进一步得出了具有本地化特征的降雪微物理特性.所得到的结论对于云降水物理学研究、天气雷达地面定标、降水导致微波衰减评估等方面的应用有着重要意义.     

基于微波链路的降雨场反演方法研究

本文基于微波雨衰的幂律关系, 研究了使用微波链路反演降雨场的方法, 采用层析技术建立了降雨场反演模型. 并利用SIRT算法与正则化算法实现对降雨场层析反演模型的求解. 数值模拟结果表明, 该模型与反演算法能够较为准确地重建降雨场强度与空间分布特征, 能够提供高时空分辨率的二维降雨强度分布. 因此, 利用微波衰减数据进行降雨探测可以作为常规的雨量计与天气雷达观测手段的有效补充. 关键词： 微波雨衰 微波链路 降雨场重建 层析反演