探测大气气溶胶消光系数的便携式米散射激光雷达

 介绍了一种新型的便携式米散射激光雷达的总体结构及其各部分的功能，分析讨论了该激光雷达在夜晚与白天探测大气气溶胶消光系数垂直廓线的性能。其夜晚的探测高度达到15km左右，白天的探测高度达到10km左右。还可对卷云进行探测，获得卷云的厚度及其峰值消光系数。该激光雷达具有结构紧凑、体积小、重量轻、自动化程度高、探测速度快等优点。     

大气气溶胶消光系数检测系统设计

利用半导体激光器照射大气气溶胶试样后光强衰减得到大气气溶胶消光系数。光束经过气溶胶后检测透射方向的光强值,经光电转换、信号调理、AD采样后根据朗伯比尔定理计算气溶胶消光系数。采用双通道测量气溶胶消光系数的方法,减小了由于半导体激光器光强不稳定和大气分子对测量结果的影响。对设计的系统以不同浓度的气溶胶进行了检测,其线性度良好,相对误差小于4%。所设计的大气气溶胶检测装置体积小、操作简单、探测速度快,对监测大气污染和能见度等有一定的应用价值。     

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。     

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1.06 m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。     

大气气溶胶消光系数测量新方法

利用光在镀膜玻璃管中传输的特点,介绍了一种测量大气气溶胶消光系数的新方法。该方法将某一波长的光以一定角度入射到充满气溶胶的玻璃管中,经管壁的多次折返大大增加了光程,气溶胶对光的衰减信息可以通过玻璃管两端的探测器测量得到,利用比值计算方法消除光电转换过程中因光强波动、管壁不均匀以及分子散射等带来的测量误差,提高了气溶胶消光系数测量的灵敏度。将用该方法测量气溶胶在波长550nm上的消光系数,与能见度仪测量结果对比表明此方法测量结果是合理的,且该方法具有原理简单、操作方便等特点。     

对流层气溶胶消光特性的Mie散射激光雷达探测研究

在介绍激光雷达对气溶胶探测的相关理论的基础上,对自行研制的一套1064nmMie散射激光雷达系统的系统结构、相关技术参数作了详细说明。用此系统对苏州城区对流层气溶胶进行探测并对探测结果进行了初步的分析。     

湿度影响下的气溶胶粒子的偏振特性

气溶胶散射特性对大气辐射和气候研究具有重要意义。为研究气溶胶在不同相对湿度下的散射特性,根据Mie散射理论建立了湿度偏振模型,在0.55μm的可见光下,分析比较了3种气溶胶的单粒子和粒子群在不同相对湿度下的偏振特性。结果表明,相对湿度变化对气溶胶偏振度有规律性的影响,尤其在120°～150°的后向散射角区域,3种粒子偏振度都随相对湿度的增大而增大,说明了部分后向散射角上散射光偏振度能有效反映气溶胶粒子随相对湿度变化的信息。     

基于气溶胶光学厚度反演大气气溶胶尺度分布

介绍一种基于气溶胶光学厚度测量反演大气气溶胶尺度分布的新方法. 从实测气溶胶光学厚度出发，依据严格的Mie散射理论，将气溶胶尺度分布函数离散，采用线性回归法确定气溶胶尺度分布. 还通过对多重共线性的讨论，确定了用于反演气溶胶尺度分布的光谱波段.     

气溶胶消光系数与质量浓度的相关性研究

为了利用激光雷达探测的消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布,研究气溶胶消光系数与质量浓度之间的关系就显得十分重要.根据Mie散射理论,分析了气溶胶的质量消光系数、消光系数和质量浓度之间的关系,引进了等效参数,分析了Junge指数对等效参数的影响.用实际测量的粒子谱分布、能见度、相对湿度和气溶胶质量浓度验证了气溶胶消光系数和质晕浓度之间的关系.这对利用激光雷达测量的气溶胶消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布是很有实用价值和指导意义的.     

差分吸收光谱技术监测气溶胶消光系数的误差分析

给出了在利用差分吸收光谱技术监测大气气溶胶消光系数时确定测量误差的方法。分析了光源变化、探测器积分时间间隔、大气湍流、系统参数校正、测量系统位移以及粒子后向散射等可能对测量结果产生影响的因素,通过理论分析和实际测量确定气溶胶消光系数误差为0.03 km-1。     

利用激光雷达测量都市上空气溶胶的浓度分布

测量都市上空气溶胶浓度分布的最方便方法是水平米散射激光雷达。因激光雷达是主动遥感监测系统,其测量距离可达到几公里,而且具有高时空分辨率的特点。同时,其设计也可以达到激光安全标准。本研究所用的激光雷达系统是安装在海拔118米高的山上。在观测时可以测量稠密市区上空的气溶胶分布与及监察从发电厂排放出的微粒。本文介绍这激光雷达系统的设计及激光雷达反演的方法。会对激光雷达量度的消光系数与大气监测的可悬浮粒子浓度之间的相关性进行考证。     

吸湿性均匀混合气溶胶粒子等效吸收系数计算分析

以两种典型的吸湿性气溶胶组分(氯化钠和硫酸铵)为例,采用米氏散射程序,计算了粒子的吸收效率因子等光学参量,并分析了吸湿性气溶胶粒子加热的等效吸收系数随时间的变化规律,着重分析了忽略粒子自身吸收对等效吸收系数的影响,常规计算值与等效吸收系数在1μs时相对误差可达到234.7%和255.2%。同时,就不同相对湿度、不同波长对等效吸收系数含时变化规律的影响进行了对比分析,并讨论了采用均匀混合模型计算结果的相对误差,在1μs时实际值与计算值相对误差最大,分别小于3.62%和7.07%。     

粒子的非球形程度对消光系数的影响研究

利用中国气象局南京综合观测基地的微脉冲激光雷达对南京北郊的气溶胶特性进行了常规的观测,并计算了气溶胶的退偏振比,反演了气溶胶的消光系数,分别得到气溶胶退偏振比及消光系数廓线。分析了不同天气情况下退偏振比和消光系数变化趋势的关系,发现退偏振比和消光系数有一定的相关性,即粒子非球形的程度对其消光的大小有一定的影响。初步探测结果发现:在同一个时刻,晴天和雾霾天时二者变化趋势相同,探测到水云时二者变化趋势相反,探测到冰相云时二者变化趋势相同,研究表明:当探测到气溶胶和冰相云时,粒子的非球形特性越明显其消光系数越大;当探测到水云时,粒子越近似球形其消光系数越大。     

适用于测量大气气溶胶吸收系数的光声光谱系统的研究

外部噪声和环境温湿度变化对光声池性能的影响是光声光谱技术在实际大气气溶胶吸收测量应用中遇到的主要问题。详细分析了环境温湿度变化引起的共振频率漂移对光声信号的影响,提出了抑制流动噪声和采样泵振动噪声的方法,研制完成了一套测量大气气溶胶吸收的光声光谱系统,探测极限为1.4×10-8 W·cm-1·Hz-1/2。利用NO₂气体在532 nm的吸收对光声池进行了标定,并对实际大气气溶胶的吸收特性进行了测量,结果表明光声光谱测量系统可以满足自然悬浮状态下的气溶胶吸收系数的实时测量。     

TiO2膜消光系数的确定及制备参量的影响

基于窄带干涉滤光片的峰值透射率测量可以直接反演出薄膜的消光系数,从而得到了一种简易而又精确的评价薄膜微弱损耗的新方法。阐述了确定弱吸收薄膜消光系数的基本原理,并分析了这种评价方法的基本精度。讨论了离子束溅射TiO2薄膜的制备参量对薄膜消光系数的影响。发现溅射速率和氧分压是影响TiO2薄膜损耗的灵敏因素。在保持其它参量不变的条件下,溅射速率从0.35nm/s下降到0.23nm/s,TiO2薄膜的消光系数从3.9×10-5下降到2.1×10-5;辅助离子源的Ar∶O比从1∶2变化为1∶4,对应的消光系数从5.6×10-5下降到2.3×10-5。此外,随着基板温度的提高,损耗也会有所增加。TiO2薄膜消光系数评价的合理性表明由窄带滤光片的峰值透射率来反演薄膜的消光系数是可行的。     

基于Madaline网络的气溶胶消光系数反演算法

运用激光雷达监测气溶胶是大气环境监测的一项重要内容,通过激光雷达方程可以反演得到气溶胶消光系数,并进而获得气溶胶的其他特性。然而传统方法在反演气溶胶消光系数时需要很多假设,使得反演精度受到很大限制。提出了一种利用多层自适应线性(Madaline)人工神经网络来反演气溶胶消光系数的方法,通过对网络进行训练,可由激光雷达回波信号直接反演气溶胶消光系数,从而可有效避免传统方法的诸多假设。对比实验表明该方法使反演精度大大提高,获得了很好的反演结果。     

近场接收时颗粒的消光特性

讨论了在近场接收条件下颗粒的消光特性。计算表明：在近场接收时，颗粒的实际消光将性与远场接收相比，存在很大的区别－－实际消光纱数不但同颗粒的性质和大小有关，而且与颗烊在光束中的位置相联系。对于大颗粒，近场间的消光系数在数值上也有很大差异，如果采用近场接收来测量颗粒的大小，必须考虑这些因素的影响，否则将极大增加测量误差。还论述了近场接收时消光法测量颗粒时测量区定义中的问题，论证了如何能恰当定义测量区，     

光纤光栅型温湿度传感器的设计与实现

针对目前温湿度测量过程中电量传感器长期稳定性和互换性差的不足,以光纤光栅为基础,以改性PI薄膜为湿敏涂层,研制出了一种新型非电量温湿度传感器.详细阐述了其测量原理、制作工艺及其主要参量的优化确定,对其测量范围、测量精度、湿滞特性等主要特征参量进行了试验测定.测试结果表明:该传感器可在20～80℃、10%～90%测量范围内实现精度为±0.2℃和±5%的实时测量,且具有响应时间短(≤15 s)和长期稳定性好等优点.