检索结果-南通市图书馆

基于多源数据的城市CO2源汇高空间分辨网格的构建方法研究

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光学学报 2025年

作者：孙二昌王先华叶函函吴时超施海亮李超安源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中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先... 详细信息

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先验源汇数据一般来自于全球化石燃料CO2排放清单（ODIAC）和植被生长模型（VPRM）的输出，先验信息的空间不确定性高，较大的估算偏差难以满足高空间分辨的城市排放估算需求。本文利用多源地理数据来降低先验源汇的空间不确定性，并基于OCO-3卫星的XCO2数据对源汇空间优化的效果进行评估。结果显示，应用优化后的CO2源汇数据能更好地模拟出局地CO2浓度变化，与观测的一致性更高；在三个分析案例中，共有690个有效观测点被用于评估，模拟与观测的相关性分别提升了0.2、0.11、0.10,XCO2偏差分别降低了0.12、0.07、0.07 ppm。这些结果表明优化后的CO2源汇能够更加真实地反映源汇分布情况，可为“自上而下”方法提供高空间分辨率、低空间不确定性的反演先验值。

关键词：城市的CO 源汇 “自上而下”估算反演先验值高空间分辨率空间降尺度 OCO-3

基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 170-178页

作者：叶松胡双寒熊伟李树王新强王方原汪杰君桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测... 详细信息

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线,该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同,基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明:氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的,但在超过60°后变化随之相反,一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m^(2)/nm/sr,且差值不超过7%;氧气辐亮度随方位角增大而减小;氧气辐射亮度随切线高增加而减小,且减小幅度逐渐下降;气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内;气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节;不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内,且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比,城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据,为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。

关键词：临近空间氧气辐射传输敏感性

光稀释效应对O_(2)近红外气辉星载测风的影响

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 160-169页

作者：李昊天李发泉李娟王后茂武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190

利用星载光谱成像干涉仪测量O_(2)(a^(1)Δ^(g))日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段,观测谱线O 19 P 18(7772.030 cm^(-1))的多普勒频移,可以在40~80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量,... 详细信息

利用星载光谱成像干涉仪测量O_(2)(a^(1)Δ^(g))日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段,观测谱线O 19 P 18(7772.030 cm^(-1))的多普勒频移,可以在40~80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量,然而其探测精度受大气散射的具体影响尚不明晰。文章旨在分析光稀释效应对临近空间大气风场探测的影响,并对其引起的测风误差进行定量评估。首先介绍了O_(2)(a^(1)Δ^(g))光谱和大气散射的光谱特性。采用最新的HITRAN光谱参数、光化学反应速率常数以及大气模型计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))不同反应机制的贡献。结合光化学反应速率计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))的体辐射率,并分析了太阳天顶角对体辐射率分布的影响,基于爱因斯坦系数和谱线强度分别计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))在不同温度和自吸收效应条件下的光谱辐射模型,并分析了不同地理气象因素对大气散射光谱造成的影响。其次,介绍了临边观测多普勒非对称空间外差光谱仪(DASH)的测量技术原理,描述了如何去除大气散射分量以生成纯净的气辉干涉图,基于DASH仪器概念对获取干涉图像的正演过程进行了阐释。再次,针对反演问题引入了“剥洋葱算法”,在考虑自吸收效应和光稀释效应影响的情况下,消除了目标层上方大气层贡献,解决了干涉图像中目标层信息的提取问题。最后,通过误差分析得到了大气风场探测精度廓线及其随地理气象因素影响的变化规律,证明光稀释效应的存在降低了干涉图对比度并增加了测量噪声,这对临边观测权重和有效信噪比产生了不利影响。研究表明,在45~80 km的切线高度范围内,测风精度受大气散射的影响较小,其误差约为2~3 m·s^(-1);而在45 km以下,测风精度受光稀释效应的影响随海拔高度的降低而急剧增大,且受地表反照率、气溶胶和云量等因素的影响而显著升高,在同时考虑三种因素影响的情况下,其探测下限最低约为40 km。

关键词：临近空间光稀释效应测量精度大气风场光学仪器

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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 15-23页

作者：李浩然曾议朱磊窦科刘志宏常振江宇司福祺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环境科学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学科学岛分院安徽合肥230026 合肥大学生物食品与环境学院安徽合肥230601

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 详细信息

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。

关键词：光解速率光谱仪辐亮度光学接收器

基于机器学习评估烟花爆竹燃放对春节期间PM2.5浓度的影响

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环境工程 2025年

作者：李津慧胡启后李启华季祥光薛劲凯林培泽安徽大学物质科学与信息技术研究院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环境科学与光电技术学院

《大气污染防治行动计划》颁布以来，我国实施了严格的污染防治措施，并取得了显著成果。然而，其中的烟花爆竹禁放政策自执行起就饱受争议。尤其是随着我国大部分城市PM2.5年均浓度达到国家二级标准，亟需量化烟花爆竹禁放在空气质量... 详细信息

《大气污染防治行动计划》颁布以来，我国实施了严格的污染防治措施，并取得了显著成果。然而，其中的烟花爆竹禁放政策自执行起就饱受争议。尤其是随着我国大部分城市PM2.5年均浓度达到国家二级标准，亟需量化烟花爆竹禁放在空气质量改善中所起的作用。本文基于我国环境监测总站空气质量监测网络的观测资料和ERA5气象数据，通过构建随机森林模型，解耦气象因素和人为排放对颗粒物浓度的贡献，评估烟花爆竹禁放与否对春节期间、冬季和全年颗粒物浓度的影响。从年际变化来看，2016～2023年全国各城市的PM2.5浓度呈显著下降趋势，年均下降速率达到了4.2%～7.5%。对比全年、冬季、春节期间三个时间尺度人为减排引起的PM2.5浓度变化速率，以北京、上海为例，全年平均下降9.58%、7.36%，冬季年均下降10.07%、7.94%，春节期间下降9.14%、6.23%，基本呈现冬季>全年>春节期间的规律，即同一城市全年和冬季人为排放引起浓度变化明显，春节期间变化微弱。对比2016～2022年和2019～2023年春节期间人为减排引起的PM2.5浓度变化，同一城市2016～2022年人为减排效果明显，变化速率较快，以北京、广州、合肥PM2.5浓度下降幅度居前列，分别下降9.14%、8.57%、6.71%；2019～2023年减排速率缓慢，特别是广州、成都、长沙三地PM2.5浓度出现了13.69%、11.42%、5.77%的增长。从短期分析烟花爆竹排放变化对空气治理的影响，选取限放-禁放和禁放-限放，即2017与2018、2022与2023两个阶段研究春节期间气象和人为排放对颗粒物浓度变化的贡献，结果来看，2018年全面禁放之后排放贡献的PM2.5浓度下降明显，北京、广州、成都、长沙、合肥分别下降15.69、5.27、26.00、16.07、26.70μg/m3；2023年解禁以后排放贡献显著上升，尤其广州、成都、长沙、郑州、滨州、东营排放贡献大幅上升，分别增加14.56、23.74、18.26、19.94、12.19、5.32μg/m3。烟花爆竹燃放对冬季和年均PM2.5浓度的影响可以忽略，但是对春节期间空气质量的影响仍然显著。

关键词：机器学习随机森林大气污染烟花爆竹燃放

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相位不连续点数目随湍流强度的变化

光学学报 2008年第1期28卷 1-6页

作者：葛筱璐范承玉王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心

激光在湍流大气中传输时,若光束波前中出现相位不连续点,自适应光学的校正能力将明显降低,利用4维程序计算了激光在大气中传输时产生的相位不连续点的数目。通过选取不同的相位屏数、计算网格和网格间距,得到了畸变光场中产生的相位不... 详细信息

激光在湍流大气中传输时,若光束波前中出现相位不连续点,自适应光学的校正能力将明显降低,利用4维程序计算了激光在大气中传输时产生的相位不连续点的数目。通过选取不同的相位屏数、计算网格和网格间距,得到了畸变光场中产生的相位不连续点的数目随湍流强度变化的过程,即:相位不连续点的数目随湍流的增强有一个从无到有,从缓慢增加到近似线性的急剧增加,而后又缓慢增加,最后趋于饱和的变化过程。另外,在不同的传输条件下,相位不连续点的数目及其变化存在很大差异。

关键词：大气光学相位不连续点数值模拟湍流效应

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车载激光雷达对北京地区边界层污染监测研究

环境科学 2008年第3期29卷 562-568页

作者：汪少林谢品华胡顺星魏合理胡欢陵谢军曹开法方欣中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心

介绍了自行研制的车载差分激光雷达AML-2探测原理及技术参数,于2006-08、2006-09在不同天气因素条件下对北京西南郊榆垡地区大气边界层污染物O3、NO2、SO2进行了实时监测,对比分析了3种污染物浓度垂直分布及日变化特征.结果表明,无外来... 详细信息

介绍了自行研制的车载差分激光雷达AML-2探测原理及技术参数,于2006-08、2006-09在不同天气因素条件下对北京西南郊榆垡地区大气边界层污染物O3、NO2、SO2进行了实时监测,对比分析了3种污染物浓度垂直分布及日变化特征.结果表明,无外来污染输送时,3种污染物在阴雨天气总体浓度较小,O3和NO2浓度随高度升高而减小,SO2浓度垂直分布少见此特征,但在近地面0.6 km左右有较强SO2污染层.南部气流输送对北京地区大气环境影响明显,2006-08-23-2006-08-25这次强污染气流输送高度约1-1.5 km,3种污染物浓度垂直分布及日变化特征受到干扰,北京榆垡地区边界层O3、NO2、SO2总体浓度明显上升.

关键词：大气环境激光雷达边界层 O3 NO2 SO2

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双散射角光学粒子计数器的研制

光学精密工程 2009年第7期17卷 1528-1534页

作者：李学彬高亦桥魏合理纪玉峰胡欢陵中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究中心安徽合肥230031

为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量。利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不... 详细信息

为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量。利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不线性相关。然后,利用气溶胶折射率对两个散射角系统敏感性的差异来反演气溶胶折射率。最后,利用该仪器对大气气溶胶谱分布以及折射率进行实际测量。与TSI公司黑炭仪和浊度计测量的吸收系数和散射系数对比表明,双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率和谱分布结果合理,测量误差<20%,可以满足同时测量气溶胶粒子谱分布和折射率的需要。

关键词：光学粒子计数器双角度光学粒子计数器气溶胶折射率谱分布

基于三级Fabry-Perot标准具的纯转动拉曼测温激光雷达

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物理学报 2008年第6期57卷 3941-3947页

作者：汪少林苏嘉赵培涛曹开法胡顺星魏合理谭锟胡欢陵中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室

提出了新的纯转动拉曼测温雷达系统,即以种子激光注入锁定的Nd:YAG激光器为激发光源,采用基于三级Fabry-Perot(F-P)标准具的双通道分光结构代替双光栅单色仪结构.通过通道中宽带滤光片(带宽为7nm)及F-P标准具的组合使用,对532nm激发光... 详细信息

提出了新的纯转动拉曼测温雷达系统,即以种子激光注入锁定的Nd:YAG激光器为激发光源,采用基于三级Fabry-Perot(F-P)标准具的双通道分光结构代替双光栅单色仪结构.通过通道中宽带滤光片(带宽为7nm)及F-P标准具的组合使用,对532nm激发光的大气Mie-Rayleigh弹性回波散射抑制比可达10-10,对量子数J=±6,J=±12的N2纯转动拉曼散射光谱线接收带宽均小于10pm,因此能充分抑制大气背景辐射噪声及O2纯转动拉曼谱线的干扰,从而实现了单谱线比反演温度,提高了探测精度,且可在白昼探测大气对流层温度.最后通过探空气球测得的对流层温度垂直分布逆向模拟了该系统双通道的Raman信号曲线,证实了该系统的可行性.

关键词：拉曼激光雷达纯转动拉曼散射三级Fabry-Perot标准具对流层