噪音信号对夜间对流层臭氧探测准确度的影响

本文探讨在背景噪音影响下,差分吸收激光雷达测量臭氧的不确定性:背景噪音对臭氧浓度廓线的影响正比于背景噪音强度、强吸收波长和弱吸收波长的回波信号强度比.理论计算结果表明:合适的回波信号强度比可以使激光雷达背景信号对夜间臭氧探测浓度的影响变得非常小,可以忽略不计.实验结果表明:用波长对(280 nm,285 nm)对大气臭氧进行观测时,适当调节两波长回波信号强度比为0.96时,背景信号对臭氧浓度探测的影响小到可以忽略的程度.模拟分析和实验观测结果相接近,证实了理论推算的合理性.在背景噪音强度未知的情况下,通过调整强吸收和弱吸收两波长的激光脉冲的能量,在示波器上得到适合的回波信号强度比值,可以抑制背景噪音信号对臭氧探测结果的影响,确保夜间臭氧测量的准确性.     

噪音信号对夜间对流层臭氧探测准确度的影响

本文探讨在背景噪音影响下,差分吸收激光雷达测量臭氧的不确定性:背景噪音对臭氧浓度廓线的影响正比于背景噪音强度、强吸收波长和弱吸收波长的回波信号强度比,理论计算结果表明:合适的回波信号强度比可以使激光雷达背景信号对夜间臭氧探测浓度的影响变得非常小,可以忽略不计,实验结果表明:用波长对( 280 nm,283 nm)对大气臭氧进行观测时,适当调节两波长回波信号强度比为0.96时,背景信号对臭氧浓度探测的影响小到可以忽略的程度,模拟分析和实验观测结果相接近,证实了理论推算的合理性,在背景噪音强度未知的情况下,通过调整强吸收和弱吸收两波长的激光脉冲的能量,在示渡器上得到适合的回波信号强度比值,可以抑制背景噪音信号时臭氧探测结果的影响,确保夜间臭氧测量的准确性.     

对合肥夏季臭氧的数值模拟：太阳辐射及其关联机制的作用

近年来许多城市的臭氧(O₃)污染问题日益突出。本文利用光谱辐射计MS-711对2018年7月份合肥市一处观测点的太阳辐射强度进行了连续观测,结合同时期的O₃监测浓度和数值模拟结果,对太阳辐射与O₃浓度的日变化关系以及O₃形成机制进行了深入分析。研究结果表明,合肥夏季O₃浓度峰值出现时间平均晚于太阳辐射强度峰值出现时间2～3 h,这种关联性与O₃的形成机制有关。从地面往上至1 km高度的大气中,O₃浓度随高度逐渐增加,夏季副高控制下对流抑制使得垂直扩散的平均效应将上层高浓度O₃空气输入近地面层,使得地面O₃浓度升高;而伴随降雨过程的暖湿抬升气流在近地面发生辐合起到了稀释作用,可能使得地面O₃浓度下降。O₃浓度的日变化是由太阳辐射直接驱动的光化学反应、干湿沉降和扩散传输等因素共同决定的。晴天O₃的积累首先来自光化学过程,雨天O     

南京地区实际气溶胶对臭氧探测的影响

本文研究了在实测的南京地区五种气溶胶分布下,大气气溶胶对三波长差分吸收激光雷达(Dual-DIAL)臭氧探测结果的影响,使用波长对266nm,289nm,308nm进行了误差分析。通过对实际气溶胶的误差分析,模拟出在大部分高度上误差最小的C值(为消去后向散射及消光项误差引入的比值)C=1.7,并与传统方法取得的C=23/19进行了对比。讨论了气溶胶分布及含量对C值选取的影响及不同C值下误差随气溶胶变化的规律;分析得出对于本文所使用的气溶胶分布以及波长对,取C=1.7时在气溶胶较均匀时误差接近于零,误差不会大于5%,当气溶胶变化率变高且频繁变化时误差最大可达40%。取C=23/19时误差很稳定,不随气溶胶分布变化,误差高度增加误差减小且小于10%。本文还讨论了不同气溶胶分布下C的选取方法。     

用瑞利激光雷达16年观测数据分析合肥地区大气密度分布特征

介绍了L625瑞利激光雷达系统结构以及基于瑞利散射理论探测大气分子数密度的原理.提出了反复迭代修正大气透过率的计算方法,并通过模拟仿真验证了该算法的可靠性.通过误差分析得到影响大气分子密度不确定度的主要因素为回波信号信噪比以及参考点处大气分子数密度值,给出了回波信号误差产生的主要来源以及参考点选取方法.最后,分析了激光雷达16年观测数据反演的结果,得到合肥地区大气分子数密度的月份以及年份分布状况,结果表明:中层大气分子数密度分布呈现明显的季节性分布特征,冬季分布稀疏,夏季分布密集,随年份分布则较为平稳.通过将统计平均得到的密度廓线与1976美国标准大气模式比对分析,发现由激光雷达观测反演得到的结果较模式值大,二者的比值在1.05～1.13之间.     

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...     

对流层低层臭氧的差分吸收激光雷达测量

利用紫外差分吸收(DIAL)激光雷达对北京南郊对流层低层臭氧垂直分布进行了测量,将探测结果与探空气球同时测量的结果进行了对比,取得了较为一致的分布趋势。选择北京南郊地区晴好天气探测的结果进行了统计分析,结果表明：近地面层内随高度增加,臭氧体积混合比逐渐减小;距地面0.5~1.5 km内平均臭氧体积混合比具有明显的日变化趋势,最大值出现在午后14点左右,相对太阳辐射最强时刻具有明显的滞后性;日平均最大体积混合比低于410-8,体积混合比起伏小于3.210-9。     

对流层低层臭氧的差分吸收激光雷达测量

利用紫外差分吸收(DIAL)激光雷达对北京南郊对流层低层臭氧垂直分布进行了测量,将探测结果与探空气球同时测量的结果进行了对比,取得了较为一致的分布趋势。选择北京南郊地区晴好天气探测的结果进行了统计分析,结果表明:近地面层内随高度增加,臭氧体积混合比逐渐减小;距地面0.5~1.5 km内平均臭氧体积混合比具有明显的日变化趋势,最大值出现在午后14点左右,相对太阳辐射最强时刻具有明显的滞后性;日平均最大体积混合比低于410-8,体积混合比起伏小于3.210-9。     

AML-1车载式大气污染监测激光雷达样机研制

针对环境监测工作的迫切需要,开发研制了我国第一台车载式大气污染监测激光雷达。它具有测量范围大,距离分辨率高、数据可靠、灵敏度高等特点,并通过驱动单元能进行空间三维探测。该雷达系统能监测四种大气污染物,即大气气溶胶、二氧化硫、二氧化氮和臭氧。大气二氧化硫、二氧化氮、臭氧的最高探测灵敏度分别为0．01mg／m^3、0．04mg／m^3、0．01mg／m^3,气溶胶的消光系数探测限为10^-4km^-1,最高探测空间分辨力为7．5m,最大探测距离为3～10km。介绍了其基本原理,关键技术和运行情况。     

台风外围环流对沿海地区大气边界层结构的影响研究

结合茂名外场观测数据以及气象要素再分析数据,对台风外围环流影响和局地海陆风环流(SLBC)影响下沿海地区的大气边界层(ABL)结构识别方法和特征规律展开研究.利用气象要素探空数据和微脉冲激光雷达(MPL)观测数据进行了大气边界层高度(BLH)识别方法的适用性分析,提出了一种新的基于微脉冲激光雷达的BLH识别方法,以有效提高复杂边界层结构情况下激光雷达识别BLH结果的准确性,进而分析了受大尺度和局地环流影响的ABL结构以及BLH的时空变化特征.结果 表明:沿海地区在没有大尺度天气系统的控制时,局地SLBC的影响较为显著,会使ABL出现多层复杂结构,BLH表现出波峰和波谷交替出现的日变化规律;BLH开始增长的时间一般出现在白天的陆风海风转换时刻,最大值一般出现在正午气溶胶层顶的位置,即2 km左右;BLH下降的时间通常伴随着夜间的海风-陆风转换,最小值一般出现在夜间残留层以下稳定边界层顶的位置,低至500 m左右.而台风外围环流控制下,局地SLBC引起的局地对流现象会被抑制,ABL昼夜交替的空气上升、下沉运动减弱甚至消失,整个ABL内气溶胶垂直分布较为均匀,BLH与气溶胶层顶基本重合,维持在2 km左右,BLH变化波动不大且没有比较明显的日变化规律.     

温度压强对CO_2吸收光谱的影响

为了提高差分吸收CO2探测激光雷达的反演精度,本文采用可调谐半导体激光吸收光谱技术,利用双光路差分实验系统,在不同温度和压强下精确探测了CO2吸收谱线(1.572μm附近)的精细结构,分析了吸收光谱谱型的变化差异,获得了5个温度(287K,297K,311K,315K,324K)的压力增宽系数和吸收截面,推算出了CO2的温度相关指数.这些参数是对现有数据库的补充和完善,确保差分吸收CO2探测激光雷达的精确反演,从而提高其探测能力.     

冰云对天空偏振模式的影响

不同冰云条件对以偏振模式为导航信息源的偏振导航影响较大,为探究冰云大气相关参数（冰晶粒子形状、有效半径、冰水含量以及光学厚度等）对天空偏振模式的影响,建立了基于蒙特卡罗法的矢量传输模型,利用libRadtran模拟了实际冰云大气辐射传输过程,分析了不同冰云大气相关参数对天空偏振模式的影响,并通过图像式测试系统,实地测试了大连地区10组实际大气条件下天空偏振模式随冰云大气相关参数的变化情况。结果表明：冰晶粒子形状对冰云大气偏振度影响较大,对冰云大气偏振方位角影响较小。并且冰云大气偏振度随有效半径的增大而增大,随光学厚度和冰水含量的增大而减小,后逐渐趋于稳定的状态。在不同日期同一时刻下,大连地区实际冰云大气偏振度变化规律与仿真基本一致,验证了本文方法的有效性,为偏振导航的在实际冰云大气条件下的工程应用提供了理论支撑。     

边界层低空急流激光雷达观测及其对PM2.5的影响

大气边界层低空急流是一种重要的边界层物理过程,与污染传输、航空安全、风能开发利用等存在密切联系。相干多普勒测风激光雷达自2020年9月21日至2021年5月8日布设于辽宁葫芦岛市开展风场观测实验,使用激光雷达垂直风场观测资料对该区域大气边界层低空急流展开观测研究,并结合ERA5再分析资料与环境监测站PM2.5质量浓度数据分析。研究时段内,低空急流出现频率为0.11,平均急流风速为13.2 m·s^-1,急流风向主要集中在东北向与西南向,急流高度主要在500 m以下,在200～300 m频率最高;低空急流风向在冬季与春季存在明显差异,冬季主要集中在东北向,春季主要集中在西南向。分析表明,该区域边界层低空急流的风向主要受到大尺度天气环流背景以及海岸线走势的影响;在沿海区域,海陆热力性质差异引起的温度梯度会根据不同背景风场为急流形成提供有利或不利条件,进而影响不同风向情况下的急流发生频率。夜间边界层低空急流通过增强近地层大气垂直扩散能力,加速PM_2.5质量浓度的降低或削弱其增长速度。     

气溶胶光学特性对宽谱差分吸收激光雷达NO2质量浓度反演结果的影响

针对宽谱连续波差分吸收激光雷达(DIAL)的特点,通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号,计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮(NO₂)质量浓度反演误差。研究结果表明：当大气气溶胶均匀分布时,NO₂质量浓度反演误差主要取决于气溶胶消光效应,而后向散射效应引起的NO₂质量浓度反演误差一般可忽略不计;当大气气溶胶非均匀分布时,气溶胶后向散射效应引起的NO₂质量浓度反演误差依赖于气溶胶非均匀分布程度,且与波长指数成反比。此外,适当增大分段拟合距离可有效降低气溶胶后向散射效应引起的NO₂质量浓度反演误差。利用光谱近似得到宽谱NO₂-DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的NO₂质量浓度反演误差的近似模型,通过对比模拟计算的结果,验证了近似模型评估NO₂质量浓度反演误差的可行性。     

基于大气偏振模式全局特征的中性点识别方法

中性点是大气偏振模式的重要分布特征之一,在偏振光导航、大气环境监测、遥感探测等方面具有重要价值。在分析大气偏振模式的偏振度分布特性和中性线分布特性的基础上,提出了两种中性点检测识别方法,实现了对中性点的自动识别。实验结果表明,两种方法均实现了对实际大气偏振模式中性点的识别。其中,基于中性线相交特性的中性点识别方法具有较高的精度;基于偏振度分布的中性点识别方法具有较好的稳定性,在正午时分,优于基于中性线相交特性的中性点识别方法。综合运用两种方法,可以进一步提高对中性点的检测与识别精度。     

Chappuis-Wulf波段临边辐射臭氧廓线的反演

临边辐射探测技术是一种新型卫星探测技术,主要利用紫外-可见光-红外太阳散射光谱获得臭氧等痕量气体在垂直方向上的分辨率廓线信息.基于波长配对光谱分析法、乘代数重建技术以及SCIATRAN正向模型,用SCIAMACHY仪器临边辐射反演垂直高度为10～40 km、分辨率为1 km的臭氧数密度.首先,根据臭氧在Chappuis...     

大气湍流对自适应光学系统的影响

本文论述了大气湍流对自适应光学系统的影响,导出了水平光程上大气相干长度r_o的测量式。介绍了所用的实验装置和得到的实验结果。     

3.4μm处NO2吸收光谱特性及在差分吸收激光雷达中的应用

为使中红外差分吸收激光雷达能够精确测量NO_2气体浓度,对NO_2在中红外波段的吸收光谱特性进行测量分析.采用光参量放大激光器的λon和光参量振荡激光器λoff两路激光分别进行吸收谱线测量实验.用谱线宽小于0.05nm的λon激光测量了NO_2气体在3 410～3 433nm的吸收光谱,计算得到其吸收截面,采集分析了NO_2在291K、308K、363K三个温度下的光谱特性,用谱线宽约为10nm的λoff激光采集了3 400～3 435nm的吸收谱线.测量结果表明,在3 410～3 433nm波段,温度和吸收截面值呈负相关,测量的谱线与HITRAN数据库相关系数达到0.92以上;针对λoff激光下的吸收谱线,采用了改进的卷积修正方法,测量结果和拟合结果相关系数为0.97.将实测的on和off波长处的吸收截面应用于使用该波长对的中红外差分吸收激光雷达仿真上,拟合差分吸收激光雷达系统浓度测量误差,验证了基于该波长对的差分吸收激光雷达方案的可行性.     

气溶胶对天空光偏振分布的影响

研究了气溶胶对大气偏振分布的影响。基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模式,对不同气溶胶条件下的偏振分布模式进行了仿真。利用图像式测试系统,对实际大气条件的偏振模式进行了测试,分析了气溶胶质量浓度变化对偏振模式的影响。结果表明,偏振度受气溶胶质量浓度的影响较大,随着气溶胶质量浓度的升高,偏振度不断变小。当PM10的质量浓度由27μg/m~3增加到53μg/m~3再增加到103μg/m~3,PM2.5的质量浓度由9μg/m~3增加到28μg/m~3再增加到66μg/m~3时,最大偏振度值平均减小了约25%。气溶胶对偏振方位角几乎没有影响,偏振方位角的分布稳定。