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2023年度气象联合基金项目评审简析

大气科学 2024年第3期48卷 1276-1282页

作者：何建军杨亚力刘哲杨蕾薛海乐赵卫雄旷烨国家自然科学基金委员会地球科学部北京100085 中国气象局科技与气候变化司北京100081

2023年气象联合基金共接收申请114项,经过通讯评审48项进入重点审议环节,经会评专家投票资助28项,资助率为24.8%。从项目申请来看,不同单位属性的合作申请占86%;气象联合基金与地球科学部“天气及气候系统与可持续发展”领域重点项目有... 详细信息

2023年气象联合基金共接收申请114项,经过通讯评审48项进入重点审议环节,经会评专家投票资助28项,资助率为24.8%。从项目申请来看,不同单位属性的合作申请占86%;气象联合基金与地球科学部“天气及气候系统与可持续发展”领域重点项目有明显的区别,前者技术类研究占比超50%,后者低于30%;申请人50%曾入选国家高端人才计划,气象联合基金竞争激烈。从评审和资助情况来看,通讯评审资助意见好于往年,重点审议项目平均综合评分达3.7分,与常规重点项目相当;中国科学院和高校等科研单位获资助最多,资助16项,占总资助项目的57%;平均资助强度262.7万元/项,超过了地球科学部常规重点项目的资助强度(230万元/项)。

关键词：多元投入气象联合基金大气科学国家需求成果转化

基于光频梳傅里叶变换红外光谱的3.5μm附近甲醛分子宽带光谱测量

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光学学报 2024年

作者：李双双胡长进程飞虎赵卫雄方波陈杨杨娜娜韦娜娜张为俊邓伦华中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学研究生院科学岛分院中国科学技术大学环境科学与光电技术学院华东师范大学精密光谱国家重点实验室

甲醛(H2CO)是对流层中含量最多的一种醛类，也是室内环境的主要污染物，获得高质量的甲醛光谱对大气科学、室内环境监测具有重要意义。基于此，本文搭建了一套频率梳傅里叶变换红外光谱(FC-FTIR)装置，利用Herriott光学多通池在光学基... 详细信息

甲醛(H2CO)是对流层中含量最多的一种醛类，也是室内环境的主要污染物，获得高质量的甲醛光谱对大气科学、室内环境监测具有重要意义。基于此，本文搭建了一套频率梳傅里叶变换红外光谱(FC-FTIR)装置，利用Herriott光学多通池在光学基长仅为1.2米的条件下获得60米的吸收光程，最终在室温、低压条件下获得甲醛在3.5μm附近的中红外宽带光谱，谱线的波数精度优于150 MHz。通过多谱线拟合甲醛光谱得到该仪器的探测限为3×10-8cm-1Hz-1/2，对应于414 ppb的探测灵敏度。根据实测谱图反演了吸收池内甲醛浓度，得到其平均浓度为3.5 ppm，浓度不确定度为9%-11%。为了体现宽谱测量的优势能力，还测量了在大量水存在时甲醛的吸收光谱，并确定其分子浓度。本装置不仅可以在宽光谱范围内同时获得多个物质的谱图，而且耗时较短，8次测量平均的情况下在35 s的响应时间内即可获得完整的吸收谱图。相较于传统的FTIR，中红外FC-FTIR在灵敏度及分辨率相同的条件下，具有采集时间短的显著优势，有望在甲醛等分子的红外光谱测量中发挥重要作用。

关键词：中红外频率梳傅里叶变换红外光谱甲醛光学多通池宽谱

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小型催化裂化系统的研制及性能表征

环境科学学报 2024年第8期44卷 152-158页

作者：牛红伟周家成郭皓天崔卫华余同柱盖艳波赵卫雄张为俊安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

为研究大气中挥发性物质对气溶胶性质的影响,设计了一种高集成度的小型催化裂化系统(Catalytic Stripper,以下简称CS).CS系统由CS催化部件、罐状保温层、外围PID温控电路及不锈钢外壳组成,采用直流24 V供电,尺寸和质量分别为26 cm×20.2... 详细信息

为研究大气中挥发性物质对气溶胶性质的影响,设计了一种高集成度的小型催化裂化系统(Catalytic Stripper,以下简称CS).CS系统由CS催化部件、罐状保温层、外围PID温控电路及不锈钢外壳组成,采用直流24 V供电,尺寸和质量分别为26 cm×20.2 cm×20 cm和1.96 kg.性能测试表明,PID温控效果较好,从室温升至目标温度350℃仅需6 min,精度为±1℃;CS系统的气溶胶传输效率较高,当粒径大于150 nm时,其传输效率大于90%,远优于已有的热扩散管;而且CS系统对挥发性物质的去除效率接近理想情况,可有效去除挥发组分.

关键词：催化裂化系统小型化 PID温控颗粒物传输效率挥发性

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苯系物二次有机气溶胶金属有机络合物组分的表征实验研究

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环境科学学报 2024年第8期44卷 159-169页

作者：曾志威黄明强朱敏聪张丽梅赵卫雄胡长进顾学军张为俊闽南师范大学化学化工与环境学院福建省现代分离分析科学与技术重点实验室漳州363000 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学实验室合肥230031

大气二次有机气溶胶(SOA)金属有机络合物组分具有较强的吸光能力和生物毒性,可加重灰霾污染,危害人体健康.本文利用烟雾箱系统模拟氯化铁细粒子存在时,苯系物大气化学过程产生SOA粒子,采用在线质谱和离线光谱表征金属有机络合物的化学... 详细信息

大气二次有机气溶胶(SOA)金属有机络合物组分具有较强的吸光能力和生物毒性,可加重灰霾污染,危害人体健康.本文利用烟雾箱系统模拟氯化铁细粒子存在时,苯系物大气化学过程产生SOA粒子,采用在线质谱和离线光谱表征金属有机络合物的化学组分和光学性质.气溶胶激光飞行时间质谱在线测量和电喷雾电离质谱的离线验证表明,邻苯二酚类合铁(III)、二邻苯二酚类合铁(III)、二氯邻苯二酚类合铁(III)是苯系物SOA粒子主要的金属有机络合物组分.氯化铁细粒子存在时,苯系物SOA粒子的吸光能力显著增强,并具有荧光特性,最大激发和发射波长约为λ_(ех)/λ_(em)=704 nm/740 nm. SOA在200~1000 nm范围内的平均质量吸收系数()在186~732 cm^(2)·g^(-1)之间.苯环上存在甲基和乙基等取代基时,空间位阻效应阻碍OH自由基加成到苯环上.乙烯基存在时,其C=C键与苯环C=C键形成共轭双键,乙烯基电子离域到苯环上,使其电子云密度显著增强,加合反应更易发生.苯系物SOA粒子质量浓度、、发射740 nm荧光强度呈现1,2,4-三甲苯<对-二甲苯<甲苯<乙苯<苯<苯乙烯的规律.这为大气人为源SOA金属有机络合物化学组分和光学性质研究提供了实验参考和依据.

关键词：二次有机气溶胶金属有机络合物苯系物氯化铁光学特性

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多传感器数据融合高度测量系统研制及应用

长春理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期47卷 74-81页

作者：张建国周家成杜万里崔卫华赵卫雄安徽建筑大学电子与信息工程学院合肥230022 中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031

针对无人机载污染物测量平台在空中测量大气污染物垂直分布时难以准确标定实时高度的问题,通过分析现行不同无人机高度测量方法的误差特性,提出了一种利用卡尔曼滤波算法对传感器数据进行融合的测量方法,通过对GPS、气压计和加速度传感... 详细信息

针对无人机载污染物测量平台在空中测量大气污染物垂直分布时难以准确标定实时高度的问题,通过分析现行不同无人机高度测量方法的误差特性,提出了一种利用卡尔曼滤波算法对传感器数据进行融合的测量方法,通过对GPS、气压计和加速度传感器所测量的高度数据进行融合,进而提高系统的测量精度和鲁棒性。经过实际测试,使用该方法融合计算后的高度数据误差控制在0.3 m范围内,优于现有其他测量方法的结果。不同气象环境下的测量对比结果显示,该系统具有测量数据精确、抗气象干扰能力强等优点,能够满足污染物航测无人机实时定高的需求。

关键词：无人机卡尔曼滤波数据融合高度测量

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基于磁旋转光谱技术的氧气传感器

光学学报 2023年第24期43卷 368-375页

作者：刘栋沅方波赵卫雄胡晓张为俊中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026

在全球气候变化导致大气氧气浓度持续下降的背景下,为揭示青藏高原氧含量变化过程,利用氧气的顺磁性和法拉第磁光效应,研制了高精度磁旋转光谱大气氧气传感器。氧气测量选择近红外磁效应较强的13118.04 cm^(-1)波数处PP(1)(J=1)跃迁谱线... 详细信息

在全球气候变化导致大气氧气浓度持续下降的背景下,为揭示青藏高原氧含量变化过程,利用氧气的顺磁性和法拉第磁光效应,研制了高精度磁旋转光谱大气氧气传感器。氧气测量选择近红外磁效应较强的13118.04 cm^(-1)波数处PP(1)(J=1)跃迁谱线,结合Herriott光学多通池将有效吸收光程提高至7 m,使用通电螺线管线圈提供180 Gs(1 Gs=10^(-4)T)直流磁场。基于噪声测量的信噪比分析显示装置中检偏器的最优偏转角为10°,此时系统总噪声为0.33μV/Hz^(1/2)。最优光谱参数条件下的Allan方差评估表明,系统的探测精度为32×10^(-6)(1σ,60 s)。本装置通过使用稀土永磁体代替通电螺线管线圈,有望进一步提高磁旋转光谱信号强度,提升传感器性能。

关键词：光谱学磁旋转光谱技术传感器氧气

基于高精度比例积分微分温控的宽带腔增强大气二氧化氮探测技术

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光学学报 2023年第24期43卷 358-367页

作者：许新玉周家成刘政杨群廷徐学哲赵卫雄张为俊中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

本文介绍了一种基于高精度比例积分微分(PID)温控的宽带腔增强大气二氧化氮(NO_(2))探测技术。系统选取中心波长为460 nm的LED光源作为探测光,入射端利用双胶合透镜的直接聚焦代替传统的光纤取样耦合,结合基长为322.4 mm的高灵敏度谐振... 详细信息

本文介绍了一种基于高精度比例积分微分(PID)温控的宽带腔增强大气二氧化氮(NO_(2))探测技术。系统选取中心波长为460 nm的LED光源作为探测光,入射端利用双胶合透镜的直接聚焦代替传统的光纤取样耦合,结合基长为322.4 mm的高灵敏度谐振腔,实现了小型化高精度的NO_(2)监测。针对温度波动会引起LED光源光谱漂移及光强改变的问题,本文提出了一种改进型PID-卡尔曼滤波算法,实现了LED温度的快速稳定调节,耗时仅需~2 min,温度的波动范围是±0.015℃,极大降低了LED温漂对探测性能的影响。仪器性能评估结果显示,在~2.15 km的有效吸收光程下,实现了81×10^(-12)的探测灵敏度(5 s, 1σ);不同体积分数的NO_(2)对比测试表明,本系统能准确测量大气NO_(2),进一步验证了系统的稳定性和准确性。

关键词：宽带腔增强吸收光谱二氧化氮比例积分微分温控卡尔曼滤波

基于虚像相位阵列光谱仪的宽带高分辨率CO_(2)吸收光谱测量技术研究

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光学学报 2023年第18期43卷 178-186页

作者：周昊赵卫雄吕丙选崔卫华方波杨娜娜张为俊中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230036

为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性,搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪,单帧谱宽约为25nm(140cm^(-1)),光谱分辨率为4.5pm(0.024cm^(-1)),结合改进的旋转光栅结构,实现了1.26~1.50μm的宽光谱检测。使用超... 详细信息

为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性,搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪,单帧谱宽约为25nm(140cm^(-1)),光谱分辨率为4.5pm(0.024cm^(-1)),结合改进的旋转光栅结构,实现了1.26~1.50μm的宽光谱检测。使用超连续光源及光学吸收多通池,在1.43~1.45μm处,以CO_(2)为例开展了宽带高分辨光谱测量技术研究,使用图像增强算法提高了弱吸收的光谱提取精度,考虑光谱仪的仪器展宽进而提升了气体参数反演准确度。实测光谱与理论光谱的对比结果验证了系统测量的准确性与可靠性。

关键词：虚像相位阵列光谱仪宽带吸收光谱高分辨率 CO_(2)探测

中红外波长调制离轴积分腔输出光谱技术应用于OH自由基高灵敏度探测研究

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光子学报 2023年第3期52卷 278-286页

作者：杨娜娜方波王春晖周昊韦娜娜赵卫雄张为俊中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院合肥230026

将波长调制技术与离轴积分腔技术相结合,建立了波长调制离轴积分腔输出光谱实验装置,增加吸收光程,避免低频的1/f噪声和与波长无关的背景功率的影响,将其应用于OH自由基探测研究。探测激光器选择2.8μm中红外室温型连续波分布反馈式二... 详细信息

将波长调制技术与离轴积分腔技术相结合,建立了波长调制离轴积分腔输出光谱实验装置,增加吸收光程,避免低频的1/f噪声和与波长无关的背景功率的影响,将其应用于OH自由基探测研究。探测激光器选择2.8μm中红外室温型连续波分布反馈式二极管激光器,OH自由基选择3568.52 cm^(-1)处Q(1.5e)跃迁谱线开展光谱探测,在512 m有效吸收光程和100 s采样时间下,实现了OH自由基1.2×10^(8)molecule/cm3的探测极限。实验研究发现,在弱透过光强下,激光器放大的自发辐射对吸收系数测量影响大,本实验装置下造成了约70倍的吸收低估,需要有效避免。

关键词：激光吸收光谱中红外离轴积分腔放大的自发辐射 OH自由基