近地面层热通量和气体通量光学监测新方法研究

监测地气间动量、热量和痕量气体等的交换对水文、气象和生态环境等有着重要的意义。阐述了一种利用自行研制的大口径闪烁仪(LAS)、光学温度梯度仪和基于可调谐二极管激光吸收光谱术(TDLAS)的开放光路痕量气体监测系统,实现了较大区域热通量和二氧化碳等气体通量快速监测的方法。实验结果表明,所测数据与涡动相关(EC)仪的数据比较,显热通量的相关系数为0.91,二氧化碳通量的相关系数为0.74。由此,用大口径闪烁仪监测区域热通量和基于TDLAS光学技术连续可靠监测陆地区域碳通量是完全有可能的,这种方法在大区域热通量和气体通量监测将会有很好的应用前景。     

辐射式光纤温度计的研制

本文报导利用高温陶瓷管作导热材料、内衬耐热金属作热辐射体、用导光纤维传导热辐射的光纤温度计。当测温范围在800℃～1500℃时,仪器的分辨率≤10℃,相对测量误差～10℃。仪器采用数字显示,并可随时打印记录温度的瞬时值、平均值与最高值。     

基于单片机的高精度迈克尔逊干涉仪动镜调速系统设计

傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪在环境和大气污染气体成分检测中起着非常重要的作用,其核心光学部件是迈克尔逊干涉仪.为实现干涉仪的平稳运动,提出一种基于ATMEL89C52单片机的干涉仪驱动系统,在激光干涉信号配合下,通过反馈控制,该系统实现了比较匀速的速度控制和精确的位置控制,满足光谱仪对干涉仪的速度要求.     

FTIR遥测大气中CO2浓度变化及研究其影响因素

通过FTIR遥测北京空气中CO2浓度的变化,发现北京秋季白天CO2浓度的升高主要是由于机动车尾气的排放所引起的.CO2在白天由于光合作用和对流传输,浓度相对较低,浓度值为410μg·mL-1左右.而晚上则由于土壤和生物呼吸以及工业生产等产生的CO2在近地层大气中积累,CO2浓度值偏高,为610μg·mL-1左右.温度越高,CO2的浓度越低,而风速越小,公路边的CO2浓度越高.CO2浓度变化还受到湿度、风速等其他天气条件的影响.     

空气CH4浓度变化及其与CO的相关性

CH4是一种重要的温室气体,在空气中的含量仅次于CO2.化合物之间的相关性在化合物的浓度测量和估算等方面都有重要的意义.通过分辨率为1 cm-1的长开放光路傅里叶变换红外光谱仪测量采样路径内的北京西四环高速公路附近空气CH4和CO透过率光谱,进行非线性最小二乘光谱拟合,计算出待测组分浓度.北京秋季空气CH4浓度变化趋势几乎一样.白天的浓度变化趋势表明城市中人为活动对CH4的排放影响极大,尤其是机动车尾气的排放,而晚上浓度主要是近地面的积累.2005年9月4日到2005年9月10日的连续浓度变化表明北京秋季每天CH4和CO浓度变化趋势相同,它们的浓度变化具有一定的相关性.     

开放光程傅里叶变换红外光谱系统观测城市空气中的NH3

介绍了一套自行研制的开放光程傅里叶变换红外光谱系统,该系统具有250 m的有效光程.利用HITRAN数据库中的辐射线强等参数建立了用于浓度反演的标准吸收截面.使用该系统对北京地区大气的NH3进行了连续观测,并对测量结果进行了分析.研究结果表明,北京地区大气具有较高的NH3浓度,且具有比较明显的日变化周期特征,体现出白天高、夜间低的变化特征.     

OP-FTIR遥测北京地区大气中CH4浓度

用开放式傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)遥测了2005年北京地区秋季和冬季空气中CH4的浓度变化,两周实验数据的分析得出了CH4浓度的日变化趋势,并分析了CH4浓度的周末效应.CH4浓度变化主要受湍流和光化学反应的影响.CH4浓度变化和气象参数,如风速、风向、温度、相对湿度的相关性分析表明风向和风速能影响CH4浓度.讨论了秋季和冬季CH4源的不同,分析表明源和风向是影响北京大气CH4含量的重要因素.     

新型微脉冲激光雷达测量大气水平能见度

重点设计了微脉冲激光雷达(MPL)系统的后继光学单元,是一种新型的设计。使用收发一体Y型光纤束改变传统的激光雷达后继光学结构,实现系统的收发同轴设计。分析了新型微脉冲激光雷达在合肥地区实验观测结果,利用分段斜率法反演气溶胶水平消光系数,获得了大气能见度及变化特征,具有明显的日变化特征,并与HW-N1型前向散射式能见度仪测量结果进行了对比,二者相关系数达到0.81。此外,理论误差分析结果也表明当能见度在10km以下时MPL的测量误差小于20%。说明了该MPL系统能够实现对大气水平能见度的有效测量。     

激光雷达监测北京城区冬季边界层气溶胶

运用一种新型边界层气溶胶监测激光雷达,在北京丰台区进行了外场实验,探讨了大气边界层内气溶胶消光系数时空分布的特点.实验结果表明:1)冬季北京城区气溶胶源多且变化快;2)北京城区气溶胶污染白天比晚上严重,中午达到顶峰;3)气象条件对气溶胶的扩散和分布影响很大.实验结论对北京城区的环境治理具有较高的参考价值.     

无锡市一次霾形成过程大气污染物特征分析

于2013年12月21~26日期间对一次霾污染过程中PM2.5、含碳气溶胶、气态污染物（O3,NOx SO2）进行测量,利用微脉冲偏振激光雷达获得气溶胶消光和退偏振度参数,分析了霾过程大气污染物的特征。结果显示：本次霾污染过程持续3.4天,以细粒子污染为主。采样期间,PM2.5的质量浓度小时平均值为131.04µg•m-3,霾天气下为183.75µg•m-3,是非霾天气的2.98倍。碳质气溶胶（TC）占PM2.5的24.18%,并且与PM2.5之间存在较好的相关性（R2=0.790）。在霾天气下TC在PM2.5中所占的比例（TC%,16.65）要比非霾天气（TC%,34.38）小,二次水溶性无机盐粒子的快速增长可能是造成霾天气PM2.5质量浓度较高的重要原因之一。霾天气和非霾天气对比：O3浓度无明显变化,受太阳辐射影响较大;NOx和SO2的体积分数在霾天气下分别是非霾天气下的1.66和1.68倍;SO2浓度的增加不仅与本地SO2的累积有关,还有可能是受外来输入的粒子中存在含硫化合物、抑制了SO2的非均相反应造成的。