前馈神经网络学习新算法及其仿真

目前基于高斯牛顿法及其衍生算法的前馈神经网络虽然可以达到局部二阶收敛速度,但只对小残量或零残量问题有效,对大残量问题则收敛很慢甚至不收敛．为了实时解决神经网络学习过程中可能遇到的小残量问题和大残量问题,引入拟牛顿(QuasiNewton)优化算法,并与LM(Levemberg—Marquardt)法相结合,构建基于LM—QuasiNewton法的前馈神经网络．仿真实例表明,该神经网络较好地解决了残量问题,具有良好的收敛性和稳定性．     

基于车载多轴差分吸收光谱技术的武汉氮氧化物分布及排放研究

2020年2月29日至3月14日,针对疫情期间武汉的NO_x污染问题,本文采用车载MAX-DOAS和便携式紫外DOAS对武汉三环的NO_x排放进行了协同观测。利用车载DOAS获取了走航沿线的NO₂柱浓度分布,结合便携式紫外DOAS测量的NO和NO₂浓度计算得到[NO_x]/[NO₂],然后耦合风场计算得到了武汉三环NO_x的排放通量及误差。结果表明:观测期间武汉三环NO_x的平均排放通量约为10.78 mol/s,最低为7.78 mol/s,最高为15.71 mol/s。相对于使用平均[NO_x]/[NO₂],采用便携式紫外DOAS测量的车载MAX-DOAS走航沿线的实时[NO_x]/[NO₂],可以有效降低[NO_x]/[NO₂]误差引起的NO_x通量误差,但该方法不推荐在有大...     

多轴差分吸收光谱技术对冬季大气HONO垂直分布特征研究

HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源，影响着大气中污染物的氧化降解，控制着对流层大气的自净能力，对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用，同时受污染排放特征、垂直传输和混合、非均相反应和大气光氧化等影响，HONO具有明显的垂直分布特征，因此探究大气中HONO的垂直分布特征对于了解大气灰霾和光化学污染的形成和控制都十分重要。MAX-DOAS作为一种被动遥感技术，能够快速有效地获取大气中污染物的立体分布特征。采用MAX-DOAS仪器对合肥市科学岛2017年12月冬季大气HONO和NO₂进行了立体探测，通过基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法PriAM获取了两种气体的垂直分布特征。研究结果表明，在观测期间NO₂在近地面10 m内体积混合比（VMR）和垂直柱浓度(VCD)的范围分别在0.51×1011～20.5×1011 molecules·cm-3和6.0×1015～5.5×1016 molecules·cm-2，在垂直方向上其浓度主要集中在1 km内，且在近地面浓度混合均匀。HONO的VMR和VCD分别在0.03×1010～5.1×1010 molecules·cm-3和3.5×1014～7.0×1015 molecules·cm-2之间，浓度高值出现在100 m内，浓度随高度的升高而明显下降。通过对HONO和NO₂的对比发现，HONO/NO₂比值在0.17%～16.0%（VMR）和1.0%～25.0%(VCD)之间，表明研究期间HONO主要来自于NO₂的转化。对冬季一次典型污染过程（2017.12.26—2017.12.31）分析，HONO/NO₂的比值大于5%，且HONO的浓度值升高（大于0.26×1011 molecules·cm-3），表明污染条件下NO₂向HONO的转化作用变强。结合风场信息研究发现，污染期间研究区域的NO₂和HONO浓度受到合肥市城区、安徽北部和西北部地区传输的影响。     

用于微重力试验的气磁混合悬吊单元研制

传统被动式跟随悬吊法应用中摩擦干扰力大的问题影响了微低重力试验的精度,本文中结合悬吊法和气浮法的优点,利用气体轴承极低摩擦力的特点,设计了一款气磁混合悬吊单元原理样机,以提高被动式跟随悬吊法微低重力试验的精度.首先介绍了气磁混合悬吊单元的工作原理,对气磁模块的布局方案进行了初选,选择了环形气体止推轴承与中央磁吸力单元组合的结构形式.设计了独特的永磁-电磁模块,并对其电磁吸力特性进行了分析,分析结果显示在气隙厚度为0.65 mm左右时,磁力能够保持在2 kN左右,得到了0.3～1.0 mm气隙长度下混合磁单元的磁力及刚度变化曲线.气体止推轴承采用大块多孔石墨作为节流器,能够在较小的空间尺寸中实现最大的承载能力,应用有限元方法对多孔质气体轴承的承载能力进行了分析,并进行了网格无关性分析,确定了计算模型的规模.对供气压力和渗透率等主要参数的影响规律进行了分析,分析结果显示选定的工作参数可在20μm气膜厚度下实现2 kN的承载.完成了气磁混合悬吊单元的结构设计,并试制了3台样机.针对气浮轴承进行了多孔材料渗透率测试.针对气磁混合悬吊单元,考虑到测试的安全性,设计了倒扣拉力法试验装置进行了气磁混...     

分布式绿色能源碳交易机制及碳数据管理的挑战

为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.     

基于机载平台的NO2 垂直廓线反演灵敏度研究

研究了基于机载多角度观测方式反演NO₂垂直廓线的灵敏度, 利用计算的权重因子和平均核分析了不同波长、不同观测角度、 不同地表反照率、不同气溶胶模式、不同高度对廓线反演灵敏度的影响. 结果表明, 中心波长在370 nm的紫外波段的平均核比中心波长在500 nm的可见波段垂直分辨率更高, 更有利于廓线反演; 向上观测角度的测量结果中没有明显的廓线信息, 而向下观测角度的测量结果包含更多的廓线信息; 地表反照率对廓线反演没有明显影响; 高气溶胶模式使得廓线反演的灵敏度升高; 较低的飞行高度计算的平均核差异不明显, 不利于廓线信息的反演. 关键词： 多轴差分吸收光谱技术 机载 垂直廓线 灵敏度     

大气SO2柱总量遥感反演算法比较分析及验证

卫星遥感技术已成为城市污染气体SO₂监测和全球火山活动监测及预警的重要手段. 目前新的PCA (principal component analysis)算法有效减小了反演数据噪声, 并替代之前业务算法BRD (band residual difference)用于边界层SO₂柱总量产品的反演. 然而, 目前对PCA算法反演产品精度的评价和验证研究较少, 缺少与BRD算法产品进行长时间序列的比较以评估算法适用性, 尤其在中国大气污染重点城市区域. 本文利用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)观测及多尺度空气质量模式系统(RAMS-CMAQ)大气化学模式模拟等数据, 评估PCA和BRD 反演算法的精度及误差. 另外, 选取洁净海洋地区、中国大气污染重点城市区域和高浓度火山喷发三种情况, 比较分析PCA 与BRD SO₂ 总量的时空格局变化差异及对不同SO₂总量下的适用性, 并对两种算法反演不确定性进行分析讨论. 结果表明, 在中国京津冀、珠江三角洲和长江三角洲区域, PCA SO₂总量反演值低于BRD, BRD反演结果更接近于地基的MAX-DOAS观测值, 冬季BRD和PCA SO₂总量值低于RAMS-CMAQ 模拟结果, 夏季7月和8月BRD SO₂总量值高于RAMS-CMAQ 模拟结果. 在SO₂总量接近于0 值的洁净海洋地区, PCA 算法产品噪声水平低于BRD算法, 但PCA 反演结果整体偏差大于BRD算法. 在高浓度火山喷发情况下, 当SO₂总量大于25 DU时BRD SO₂总量反演值低于PCA, 且随着SO₂ 总量增大, 两种算法反演值差异亦增大. 该研究对于OMI (Ozone Monitering Instrument) SO₂产品的应用具有重要的参考价值, 通过分析不同反演算法的差异及对其不确定性追因, 对于算法改进研究也具有重要的科学意义.     

前馈神经网络权值学习综合算法

目前基于高斯牛顿法及其衍生算法的前馈神经网络虽然可以达到局部二阶收敛速度,但只对小残量或零残量问题有效,对大残量问题则收敛很慢甚至不收敛.为了实时解决神经网络学习过程中可能遇到的小残量问题和大残量问题,引入NL2SOL优化算法与GaussNewton法相结合,并引入熵误差函数,构建基于GaussNewton NL2SOL法的前馈神经网络.仿真实例表明,该神经网络较好地解决了残量问题,具有良好的收敛性和稳定性.     

车载被动DOAS的污染气体柱浓度分布重构方法

大气污染的综合防治需要从不同尺度的区域出发,充分研究区域的环境特点,需要对空气质量有作用的多种因素进行全面系统的分析,获取大气污染物浓度时空分布是了解区域污染特征的重要途径。获取高空间分辨的大气污染物柱浓度分布情况是掌握区域污染程度的重要前提。由大气扩散模型,排放源周边的大气污染物的柱浓度服从高斯分布。将车载被动差分光学吸收光谱（DOAS）获取的对流层污染气体垂直柱浓度空间分布信息结合序贯高斯模拟方法重构了高空间分辨率的区域污染物柱浓度分布及其误差分布。分别选取工业园区（钢铁企业）、城市区域（北京市怀柔城区、北京市通州城区）等典型区块进行走航观测,获取观测路径上的NO₂和HCHO柱浓度,结合地理信息网格化车载观测数据,利用序贯高斯模拟获取了观测区域的NO₂和HCHO柱浓度分布以及污染物柱浓度误差分布,重点分析了该方法在排放特征不同的区域柱浓度分布模拟重构的可行性及重构结果的不确定性。某钢铁企业、怀柔城区、通州城区内污染源依次减少,气态污染物分布的结构复杂性依次降低。由半方差分析结果,某钢铁企业由于NO₂排放源多,污染物柱浓度空间依赖性略弱,城市区域污染物柱浓度表现出强烈的空间相关性,并且整体呈现出了区域污染源越复杂,空间相关性的范围越小的特点。基于立体监测数据获取了观测区域百米空间分辨的污染物垂直柱浓度分布及误差分布,在不依赖下垫面数据、源清单数据或人口分布数据的基础上基于实测数据低成本地获取了重点工业区或城市区域气态污染物的分布细节,同已有的卫星遥感等方法获取污染气体垂直柱浓度分布相比,空间分辨率提高了2～3个数量级,同时通过柱浓度误差分布定量评估了模拟重构的准确性。针对不同排放特征的重点区域大气污染状况,提供了新的准确性可评价的实测手段,该方法对了解区域污染状况、污染控制对策及控制效果的评估具有重要作用。     

便携式差分吸收光谱气体监测仪的研究

差分吸收光谱技术(DOAS)是利用气体分子在紫外/可见波段的特征吸收来精确解析其浓度的光学方法,在大气污染成分探测方面具有广泛的应用。将差分吸收光谱法与多次反射池技术相结合,研制出了便携式污染气体在线连续监测仪,阐述了系统的工作原理和设计方法,并通过不同浓度的SO2标准气体对系统进行了测试。结果表明,该仪器可满足污染源、污染泄漏、应急监测的要求。