PM2.5大气污染对自由空间量子通信性能的影响

近年来, PM2.5大气污染日益严重, 不仅影响空气质量与大气能见度, 而且还会对自由空间量子光信号的传输造成影响. 然而, 有关PM2.5与自由空间量子通信信道参数关系的研究, 迄今尚未展开. 本文根据PM2.5粒度谱分布函数及其化学成分的消光份额, 提出了PM2.5指数、大气湿度与自由空间量子信道衰减的关系; 针对幅值阻尼信道和退极化信道, 分别建立了PM2.5污染程度与信道容量、信道平均保真度、信道误码率的定量关系. 仿真结果表明, 当大气湿度为30%, PM2.5指数分别为50和300时, 自由空间量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别依次为0.83和0.21, 0.91和0.56, 0.0048和0.0192. 由此可见, PM2.5污染程度对自由空间量子通信性能有显著的影响. 因此, 为了提高自由空间量子通信的可靠性, 应根据PM2.5大气污染状况, 自适应调整系统的各项参数.     

北京奥运前期典型天气喇曼激光雷达观测研究

以自行研制的双波长三通道拉曼激光雷达、振荡天平(PM10、PM2.5)、碳黑(BC)气溶胶分析仪及能见度仪相结合对"好运北京"2008年奥运会前期典型天气状况进行了测量与分析,给出了北京奥运主场馆上空气溶胶消光系数的垂直分布及其时空变化关系,计算了气溶胶的消光散射比,并分析了灰霾天气条件下大气能见度、气溶胶颗粒物PM10、PM2.5、BC及气溶胶消光系数垂直分布之间的相互关系.研究结果表明,灰霾天气条件下,大气能见度、颗粒物质量浓度与气溶胶颗粒物消光系数之间具有直接的相关性.     

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.     

乌鲁木齐市采暖期大气PM10及PM2.5中Cd的形态分析

2009年12月14日—28日采集了新疆农业大学校园PM10和PM2.5样品,分析了重金属Cd的形态和风险指数。该采样点在冬季采暖期间PM10及PM2.5污染非常严重,PM10和PM2.5中Cd的含量分别为3.642和1.964ng.m-3,均以残渣态为主,但PM2.5中Cd的生物有效性高于PM10中Cd的生物有效性。PM10中Cd的致癌风险为6.56×10-6,而PM2.5中Cd的致癌风险为3.46×10-6,均处于可接受的风险水平。     

基于CCD后向散射激光信号的PM2.5测量研究

根据米散射理论和激光传播方程,建立PM 2.5颗粒物浓度与后向散射光强的关系模型,并提出了基于电荷耦合器件(CCD)后向散射激光雷达的实时PM 2.5颗粒物浓度的监测方法。设计了以532 nm波长的激光器为光源、CCD为接收器的后向散射激光雷达实验装置。根据获得的实时大气颗粒物后向散射图像,提取灰度值矩阵并分析了散射图像的光强分布;对比赛默飞世尔科技公司的PM 2.5监测仪(SHARP)的实验结果,拟合了PM 2.5颗粒物浓度与散射光强的5个关系式,拟合度均在0.95以上。这种成本较低、操作便利的实时PM 2.5颗粒物浓度监测装置的推广,有助于建立PM 2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图,具有重要意义。     

光学散射法测量大气中PM2.5的浓度

PM2.5是对人们健康构成威胁的空气污染物之一,要做到针对PM2.5的有效治理,就要先进行有效的监测,以确定污染物的浓度情况。本论文根据光的米散射原理,设计并组装了基于激光散射原理对空气中PM2.5浓度进行测量的装置,测量了大气PM2.5的浓度,应用开源开发平台对系统进来数据处理,并对系统测量准确性进行了评估。     

北京奥运前期典型天气拉曼激光雷达观测研究

以自行研制的双波长三通道拉曼激光雷达、振荡天平（PM10、PM2.5）、碳黑（BC）气溶胶分析仪及能见度仪相结合对“好运北京”2008年奥运会前期典型天气状况进行了测量与分析,给出了北京奥运主场馆上空气溶胶消光系数的垂直分布及其时空变化关系,计算了气溶胶的消光散射比,并分析了灰霾天气条件下大气能见度、气溶胶颗粒物PM10、PM2.5、BC及气溶胶消光系数垂直分布之间的相互关系。研究结果表明,灰霾天气条件下,大气能见度、颗粒物质量浓度与气溶胶颗粒物消光系数之间具有直接的相关性。     

PM2.5和PM10排放的一维炉煤燃烧实验研究

我国煤烟污染十分严重。燃煤排放的PM10和PM2.5表面富集了大量的有毒痕量元素,进入大气后,对环境的危害极大。本文在一维炉中对不同煤种分别在650℃,850℃,950℃下燃烧PM的排放进行实验研究,发现PM10和PM2.5的排放量随温度升高有增加的趋势;随煤种含S量的增加,其排放量也增加;随着煤灰分的增加,PM10和PM2.5的排放量也有增大的趋势,煤中矿物质的种类和形态对其排放有明显的控制作用。     

基于CCD侧向散射激光雷达的PM2.5浓度测量研究

基于侧向散射激光雷达方程和Mie散射理论,建立了PM2.5浓度与侧向散射光强的关系模型,提出了一种基于电荷耦合器件(CCD)实时监测近地面PM2.5浓度的方法。设计了以波长532nm激光器为光源、CCD为接收器的侧向散射激光雷达装置,利用该装置测量了散射角在15°~45°之间的侧向散射回波信号图,从回波信号图提取灰度值矩阵并分析其光强分布。与赛默飞世尔科技公司PM2.5监测仪(SHARP)提供的测量结果对比,拟合了PM2.5浓度与3个灰度等级光总能量的关系式,拟合度均在0.97以上。该装置具有操作便利、移动便捷、监测实时、成本较低的特点,在近地面比后向散射激光雷达具有更高的精度与实用性,有助于建立PM2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图。     

PM2.5气溶胶光学特性研究

利用FA-3型Anderson撞击式气溶胶粒度分布采样器采集大气中的可吸入颗粒物。在实验室使用光学测量系统对粒径低于PM2.5的气溶胶颗粒物进行透过率测量。结果表明,透过率随气溶胶粒子粒径的增大具有逐渐增加的趋势。粒径低于PM2.5的气溶胶颗粒与PM10粒径范围内的透过率相比,具有明显的波长选择性。     

基于改进神经网络算法的PM2.5污染信号分析检测

当前为了保证污染信号分析的精度,在对PM2.5污染进行检测的过程中,需处理的数据量过大,导致经典神经网络方法遇到矛盾数据时,需要花费大量的数据校验时间,收敛速度下降,检测效率大幅降低,提出一种基于改进神经网络算法的PM2.5污染检测方法,在分析标准神经网络算法的基础上,允许信号跳变精确度范围内,在层与层之间引入容错性变量,同时在计算阈值的过程中融入松弛变量,提高收敛速度;避免神经网络陷入局部最优解。采用改进神经网络算法,通过不断调整网络的权值以及污染阈值,对PM2.5污染信号进行高效检测。以飞利浦公司的新一代检测系统为测试器材,测试结果表明,采用所提方法得到的PM2.5污染检测效率明显提高。     

保偏光纤精确定位方法的研究

本文简要回顾了现有的保偏光纤方位角定位方法,在实用性较强的POL法基础上,提出了POLM方法.用熊猫光纤实测表明它可提高定位精度到1°以内,并显著增强测量稳定性与调整容差,从而显示出极强的实用性.     

波长色散X射线荧光光谱法快速测定大气PM_(2.5)中Cu和Zn的含量

介绍采用波长色散X射线荧光光谱法测定大气PM_(2.5)中Cu和Zn含量的分析方法。采用聚四氟乙烯滤膜来制备标准样品和进行大气颗粒物采样;对大气颗粒物样品的装样杯结构进行了讨论,采用6.7μm的Polypropylene膜配合改进样杯来封装大气颗粒物样品,应用改进后的样杯对大气颗粒物中Cu和Zn进行测定,可明显降低背景,改善峰背比,降低检出限;讨论了大气PM_(2.5)中目标元素Cu和Zn的测量条件,其分析线都采用Kα线,分光晶体选用PX10,采用间距300μm的准直器,ZnKα线探测选用闪烁计数器,CuKα线的探测利用流气式正比计数器和封闭式正比计数器串联使用,工作电压、电流采用50kV和50mA。应用制备的Cu和Zn标准样品建立工作曲线,实验结果表明,其线性相关性较好,准确度较高,Cu和Zn的相对标准偏差分别为2.43%和2.00%(n=8),检出限分别为0.028和0.021μg·cm~(-2),且分析大气颗粒物单个样品时间为60s。综上所述,该方法能够实现PM_(2.5)中Cu和Zn含量的快速、准确分析,为研究PM_(2.5)中的元素含量特征及来源解析提供科学依据。     

在单细胞水平上基于拉曼光谱和原子力显微镜研究不同地区PM2.5的毒理效应

PM2.5作为一种重要的空气污染物，研究不同地区PM2.5对人体细胞的损伤异同具有重要意义。本实验以人肺癌细胞为研究对象，分别经过3个不同地区PM2.5日均量暴露2 h，采用拉曼光谱仪和原子力显微镜对活性单细胞的光谱、形貌和生物力学指标进行检测，通过酶联免疫反应检测细胞产生的发炎因子浓度。统计分析表明：PM2.5暴露后细胞拉曼峰1 002.97，1 127.29，1 172.83和1 338.1 cm-1强度变大；细胞伪足收缩或残缺，细胞核区变高；苏州地区PM2.5暴露后细胞黏滞功变小，弹性能变大；细胞产生发炎响应。发现经不同地区PM2.5暴露后，单细胞光学和力学信息发生了各异的改变，因此单细胞水平上研究不同地区PM2.5的毒理效应，为空气污染治理、肺部疾病防控提供数据支撑。     

Terahertz-dependent PM2.5 monitoring and grading in the atmosphere

Rapid industrialization and economic development have led to serious pollution in the form of fine particulate matter(PM2.5,particulate matter with a diameter of less than 2.5 μm). In China, PM2.5 has been one of the most debated topics in councils of government and issues of public concern. Terahertz(THz) radiation was employed to measure the PM2.5 in the atmosphere from September 2014 to April 2015 in Beijing. Comparison of the PM2.5 level from the website with THz absorbance revealed a significant phenomenon: THz radiation can be used to monitor PM2.5 in the atmosphere. During Asia-Pacific Economic Cooperation(APEC) 2014, "APEC Blue" was also recorded in a THz system. The relationship between absorbance and PM2.5 demonstrates that THz radiation is an effective selection for air pollution grading. Based on the absorbance spectra, the elemental compositions were studied by two-dimensional correlation spectroscopy(2 DCOS) in conjunction with X-ray fluorescence.Several single absorption peaks were revealed and caused by sulphate from coal combustion, vehicle exhaust emissions and secondary reactions. Furthermore, mathematical algorithms, such as the BPANN and SVM, can process the THz absorbance data and greatly improve the precision of the estimation of PM2.5 mass. Our results suggest that THz spectroscopy can not only reveal the component information for pollution source determination, but quantitatively monitor the PM2.5 content for pollution level evaluation. Therefore, the use of THz radiation is a new method for future air pollution monitoring and grading systems.     

匹配型保偏光纤自动对轴技术

The auto alignment technique is studied for the PM fiber (PMF) of matching refractive index(MRI). The polarization observation by lens effect tracing technique(POL) is introduced. Based on the POL,an auto alignment system is designed and its performance is then tested. Different light intensity distribution characteristic is found on the different observation surfaces in a series of experients. The widest range of adjustment is achieved when the observation surface corresponds to a light intensity distribution with five characteristic points. This means it is easier to focus.The five point method is presented after analysis of the curves of the five characteristic points with respect to the azimuth angle of the optical fiber.By comparison with the POL,this method is easier to be realized and has higher measurement accuracy,so it is suitable for auto alignment system.     

Field evaluation of an electrostatic PM10 mass monitor used for continuous ambient particulate air pollution measurements

The aim of this paper is to evaluate field values based on electrostatic charge technique of a PM10 mass monitor used for continuous measuring of ambient particulate air pollution. The PM10 mass monitor included electrostatic PM10 mass monitor (EPMM) and wireless monitor systems. In this study, the performance of the EPMM was simultaneously evaluated with a commercially available tapered element oscillating microbalance (TEOM) for measurements at ambient condition. The data of the sensor was connected to the internet through a GSM connection to a public cellular network. The monitoring data of ambient PM was collected and compared for both EPMM and TEOM by measuring at Chiang Mai City Hall during May 1st – 31st, 2015. The two different instruments showed good results that were highly correlated. The comparison between the EPMM and TEOM data values resulted in R² of 0.8352 and 0.9697, and a slope of 0.8401 and 0.9087 for 1-h and 24-h, respectively. In addition, it was found that the relative humidity played an important role in PM10 mass concentration and its electrical properties of the EPMM. Particularly the EPMM proved its advantages in measuring and detecting PM10 particulate air pollution for mass concentrations in the range from 0 to 500 μg/m³.