中红外大气背景辐射测量系统及误差分析

为研究大气背景辐射和仪器辐射规律、控制仪器热辐射和仪器精度,设计了一套大气背景辐射测量系统。分析了测量系统各组件和辐射定标等各类误差源对总测量误差的影响,还分析了定标精度的影响因素,确定了测量工作的改进方向。结果表明:该系统在定标区间内的测量误差主要是定标误差和随机误差,两者分别为2.4719%和0.0790%;合成误差为2.4732%。当用该系统测量大气背景辐射时,对大多数优良的天文台站而言,大气辐射强度远低于定标时的辐射强度,因此需进行外推测量。对外推测量误差的估计结果表明,外推测量可能导致较大的测量误差。为提高大气背景辐射测量精度,更低辐射强度的标准辐射源不可或缺。研制了大气背景辐射测量系统,并进行了野外实测等工作,这为大口径红外天文望远镜系统的研制并将其实际应用于红外天文观测提供了基础。     

大气保护了生命——什么是广延大气簇射

<正>1.大气保护了生命来自外太空的每秒钟数以兆亿（1014）计的宇宙线在持续地轰击着我们的地球,这些神秘的太空信使同时也将是恶魔般的存在。研究表明,高空飞机上的辐射量是地面的30～60倍,而近地航天器中的辐射量竟然能高达地面的100～150倍。离地面越远,也即大气越稀薄的地方将面临更加严重的辐射风险。地磁场作为第一道屏障,     

有效温度的计算和大气μ子温度效应的Monte Carlo模拟

高空大气气温变化引起地面或地下探测到的宇宙线μ强度变化.本文介绍了基于日内瓦附近Payerne气象站气球数据的大气μ子有效温度的计算,并选取代表性的8个大气样本模拟了L3+Cosmics探测器位置的宇宙线μ子温度效应,计算了温度系数,得到极端高空温度情况下可能探测到的μ子强度变化的量级,为L3+Cosmicsμ谱精细测量和温度系数的抽取提供参考.     

银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说

<正>20世纪初,随着人们对空气电离度测量精度的不断提高,大气电离现象被普遍观测到并被归因于放射性元素衰变产生的高能辐射。1911～1913年奥地利物理学家维克托·赫斯(Victor Franz Hess)通过一系列高空气球实验发现了来自外太空的可以导     

真空环境火炸药辐射强度测试方法

在大气环境中,针对爆炸物辐射强度的测试方法较为成熟。随着高空或外大气层爆炸物研制技术的飞速发展,对该类爆炸物瞬态红外辐射强度的测试要求越来越迫切。由于外太空环境是一种低温、近真空的环境,且无法进行实地测量,所以作者创造性地提出了在实验室中模拟真空环境,从而对火炸药红外辐射强度进行测试,并进一步建立了专用的真空环境和测试方法,对4组特定组分的火炸药,利用专用测试装置进行了测量并分析了测量结果。针对存在的问题,阐述了未来的改进方向。     

赫斯（Hess，Victor Francis，1883-1964）奥地利-美国物理学家（Physicist，Austria-America）

赫斯是森林护林员的儿子，1906年在格拉茨大学获得博士学位。从1911年起，有一些科学家开始把气球放到6英里（约9．7km）的高空，去探测高空中的背景辐射。赫斯也进行了这项工作。赫斯惊奇地发现，在高达6英里的高空中，背景辐射的强度是地面辐射强度的8倍。虽然别人也观测到过这种现象，但赫斯是第一个正视了这种结果。米立肯把这种辐射取名为“宇宙射线”。宇宙射线是非常重要的。     

LHAASO：开启解开宇宙线之谜的新征程

正在20世纪众多令人惊叹并且难以忘怀的科学发现中,有一个就是探测到来自外太空的辐射,即现在称之为"宇宙线"的高能基本粒子流。这种辐射来自外太空的第一个证据是由赫斯(V. Hess)通过七次不同高度的热气球飞行实验中测量得到的(1912年)。其中最后一次的飞行高度达到5350米,     

地面紫外探测高空高速再入目标分析与验证

为验证地面紫外探测系统是否能对臭氧层以上的高空高速再入目标探测成像,分析了高空高速再入目标产生紫外辐射的机理以及进行地面紫外探测的可行性,并在国内某多用途飞船缩比返回舱实验中,利用自研紫外光学成像验证设备开展验证实验,获取了40km以上高空高速再入目标的地面紫外探测图像,依托地面平台成功获取臭氧层以上高空高速目标紫外图像。实验表明,在稀薄大气条件下,高空高速目标可以产生强烈的紫外辐射,利用地面紫外探测器完全可以实现对高空高速再入目标的探测成像,并且能够从背景中有效分离和提取成像目标。对于进一步开展空间紫外探测的实际应用研究和深化紫外探测理论具有十分重要的参考价值。     

PM2.5质量浓度廓线的激光雷达反演研究

针对PM2.5质量浓度在空间不同高度上的分布测量较难这一问题,采用激光雷达和大气透射仪以及粒径谱仪进行联合探测,反演PM2.5质量浓度廓线.考虑相对湿度等因素的影响,通过大气透射仪和粒径谱仪建立地面PM2.5质量浓度与大气透过率之间的函数关系.以大气透射仪所测地面大气透过率值为基准,修正激光雷达大气透过率在高空的边界值,结合Fernald后向积分法反演出大气透过率的垂直分布.依据建立的函数关系和大气透过率垂直分布,得到PM2.5质量浓度廓线,并采用HYSPLIT后向轨迹分析不同高度层气溶胶的输送和动态变化.通过激光雷达、大气透射仪和粒径谱仪的联合探测实验,结果表明:经大气透射仪修正后,大气透过率垂直分布精度得到了提高,PM2.5质量浓度廓线很好的反映了气溶胶垂直分布的微物理变化特征.     

基于气象参数戈壁沙漠地区近地面大气湍流建模

 提出一种适合戈壁沙漠地区的近地面大气湍流模型。通过测量近地面层不同高度处温度、湿度、压强和风速等常规气象参数,结合模型可给出近地面层大气湍流强度。模型计算的近地面层大气湍流强度通常白天值最大,中午前后出现较宽的最大值区间,在日出时段和日落时段出现较明显的最小值,夜间呈不规则变化,该结果能够很好地反映近地面层大气湍流强度的变化特性。在影响大气湍流强度变化的参数中,大气温度的变化趋势直接影响着大气湍流强度的变化：通常白天大气温差较高时,大气湍流强度较强;大气温差较低时,大气湍流强度较弱;大气温差起伏较大的时刻,大气湍流强度的变化也会较大,大气温差起伏趋势与大气湍流强度变化趋势有相似之处。     

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     

近地面湍流对整层湍流的贡献及相关研究

用由HTP-2型温度脉动仪和WXT520气象传感器组成的近地面参数测量系统以及大气相干长度仪的两年观测数据分析了西北高原地区近地面湍流。近地面参数测量系统分两层分别搭建在6 m和2 m高度上。温度脉动仪测量折射率结构常数,气象传感器测量常规气象参数,大气相干长度仪测量大气相干长度。分析结果表明:不同高度的折射率结构常数随高度按幂指数规律变化,白天幂指数平均值为-0.8,夜间为-0.3。用相干长度比评估近地面湍流层对整层湍流的贡献,结果表明:相干长度比有明显的日变化特征,白天小而夜间大;不同月份相干长度比日变化趋势和大小均不同。讨论了近地面局地视宁度与局地温差的关系,结果表明:局地视宁度和局地温差白天正相关,夜间负相关。     

戈壁地区近地面大气折射率结构常数的统计分析

利用温度脉动仪对2010年412月库尔勒戈壁地区近地面大气折射率结构常数进行了测量,按月对测量数据进行了对数平均。根据对数平均值对日变化特征进行了分析,并对大气湍流强弱时段进行了统计。研究结果显示:戈壁地区大气湍流在日落时段较日出时段弱;日出转换时刻,均值湍流强度在10-15 m-2/3以下,日落转换时刻,均值湍流强度在10-16 m-2/3左右; 4,6,8,9月份的近地面大气湍流强度较强,5,7,10月份居中,11,12月份较弱。     

四孔差分像运动测量大气相干长度的方法研究

 介绍了最新研制的基于四孔差分像运动法到达角起伏测量仪,利用该仪器测量的4个方向（两组正交方向）上的到达角起伏方差,从而推算出大气相干长度。在近地面水平路径的实验中发现,不同方向上的测量结果获得的大气相干长度值有一定的差别。测量结果表明：大气湍流存在一定的各向异性,在实际应用中应考虑这个因素;在一些应用场景下,大气相干长度应根据至少一组正交方向的测量结果来分析确定。     

飞行目标姿态测量中测量站点布设方案研究

研究一种基于计算机视觉原理获取飞行目标姿态方法在实施过程中地面测量站点的布设问题，提出目标贴近地面和在高空飞行两种情况下测量站点的布设方案，指出测量站点布设时需要考虑目标像长、两交会平面之间夹角等影响因素，并要避免发生奇异情况．     

光吸收法测量颗粒物方法的校准研究

鉴于目前大气悬浮颗粒物的排放日益严重,对全球气候、环境产生重要影响,由于大气悬浮颗粒在特定波长下的吸收和散射,气溶胶颗粒的吸收系数相对较小,因此不能消除光吸收系数测量的散射,难以精确测量吸收系数。本文用大气悬浮颗粒物吸收系数来衡量光在大气传播过程中的强弱,并利用大气悬浮颗粒物吸收系数来估计大气悬浮颗粒物的辐射强度,对如何准确测量悬浮颗粒物吸收系数进行了研究。本研究使用自行研制的自动连续黑碳气溶胶测量系统COSMOS进行测量,精确测量吸收系数。研究结果表明本论文提出的系统和校准方法测量的黑碳气溶胶浓度具有精度高,成本低的优点,其测量结果跟商品化仪器测量结果大致一样。     

空间目标的地基红外辐射特性测量技术研究

提出了一种基于望远镜内部定标黑体与大气层外已知光谱特性的红外自然星体作为参照基准的地基大口径望远镜联合定标方法,在此基础上建立了相应的辐射度测量数学模型,以实现对空间目标的高精度红外辐射特性测量。内部定标黑体用于得到大口径望远镜后半光路系统对应探测器的各个像元响应度,外部标准红外自然星体用于估算大气层外目标附近大气与望远镜前半光路系统的等效透射率。在地基1.2m口径望远镜上对大量特性已知的红外自然星体辐射强度测量实验表明,当目标附近具有较强能量红外参考星情况下,如红外参考星在3~5μm波段大气层外辐照度高于1×1016 W/cm2量级,目标红外辐射强度测量不确定度能够优于15%。该方法能够克服大气程辐射、消光及高质量大口径辐射定标源对大气层外目标红外辐射强度测量不确定度的影响,适合于地基大口径望远镜红外光电测量系统的辐射定标与大气层外空间目标红外辐射特性高精度测量。     

空中目标红外辐射强度计算通用模型及其应用

提出了一种适用于空中扩展目标和小目标红外辐射强度计算的通用模型,该模型消除了对环境温度依赖较大的背景偏置的影响,可有效提升外场复杂多变环境条件下航空目标红外辐射特性测量结果的精度。结合某型航空目标动态红外特性测试数据,探讨了小目标红外辐射强度的计算问题,结果表明:对于中波红外小目标,大气表观辐射强度对总辐射强度的贡献可以忽略,可以采用简化模型计算总辐射强度,但对于长波小目标红外辐射,简化模型不再适用。对红外小目标和扩展目标的外场动态测试数据分别进行了处理,并与理论结果作比对验证,结果验证了模型的正确性。     

基于微脉冲激光雷达计算整层大气气溶胶光学厚度

基于微脉冲激光雷达测量数据,提出了利用气溶胶标高计算整层大气气溶胶光学厚度(AOD)的算法。首先利用激光雷达垂直和水平测量数据分别反演得到气溶胶垂直消光系数廓线和近地面水平方向的消光系数;然后将气溶胶垂直消光系数廓线分为4种类型,分别按照不同的方法拟合得到气溶胶标高;最后将气溶胶标高与近地面消光系数相结合,可得到整层大气AOD。将计算结果与同一地区相同时刻太阳光度计的测量结果相比较,发现二者具有较好的一致性,平均相对误差不超过6.7%。所提方法为白天少云和夜晚时段大气AOD的反演提供了一种新的技术手段。     

非平衡大气辐射强度与透过率的Line-By-Line计算模式

导出了非局域热力学平衡(NLTE)大气辐射强度与透过率的基本公式,以及NLT和LTE的线强、光学厚度和透过率的关系。假设转动能级是热力学平衡(LTE)的,建立了一个精确的Line-by-LineNLTE辐射强度与透过率的有效算法来计算较高层行星大气红外活跃样品的辐射强度。计算了地球大气¹⁶O₃9.6μm带在白天、夜晚和NLTE、LTE条件下的临边光谱辐射强度、线积分辐射强度、带积分辐射强度和合成光谱辐射强度,揭示了NLTE辐射强度对LTE辐射强度有显著而重要的偏离。