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机载光纤式成像差分吸收光谱仪测量区域大气污染应用研究
1
作者 张晓莉 王煜 +3 位作者 奚亮 周海金 常振 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期310-317,共8页
我国大气污染呈现出区域性和复杂性等特性,开展污染气体区域分布的立体监测,能够及时了解大气环境现状、研究分析影响大气质量的各种因素,指导大气污染控制措施。机载成像差分吸收光谱仪,是目前有效的污染气体区域分布遥感手段之一。该... 我国大气污染呈现出区域性和复杂性等特性,开展污染气体区域分布的立体监测,能够及时了解大气环境现状、研究分析影响大气质量的各种因素,指导大气污染控制措施。机载成像差分吸收光谱仪,是目前有效的污染气体区域分布遥感手段之一。该技术观测区域大,覆盖率高,最终可提供精细化的污染气体区域分布资料,实现污染分布及传输的可视化探测。以往机载成像差分吸收光谱仪采用整体式设计,需要占用飞机光学观察窗口,航空搭载需求苛刻、应用受限。为此提出了光纤式机载成像差分吸收光谱仪,采用光纤束传输方式,安装过程中对飞机改装需求小,极大的便利了机上安装和调试,适应了适航设备认证需求。该系统采用特制多芯光纤束结合Littow-offner结构光谱成像系统,具有光谱成像分辨率高、大视场、结构紧凑等优点。在此详细介绍了该设备性能参数,并利用该系统在芜湖市周边开展了区域污染遥感应用。应用过程中,针对光纤式成像差分吸收光谱仪,提出了数据处理算法。对采集到的太阳散射光谱进行反演得到污染气体的斜柱浓度,并利用大气传输模型计算大气质量因子,实现垂直柱浓度转化。最后结合飞机姿态位置信息,快速获取了芜湖市区及其周边上空的NO_(2)、SO_(2)的浓度分布,并进行了区域内污染源快速定位和传输过程分析。从反演结果来看,本次实验NO_(2)垂直柱浓度在实验区域存在4个高值点,SO_(2)垂直柱浓度在实验区域存在2个高值点,高值点附近均存在重工企业,结果与实际情况相符。并结合卫星数据评估二者交叉校验精度,二者呈现正相关,相关性系数为0.77。应用效果验证了光纤式成像差分吸收光谱仪的方案可行性,可为大气污染气体航空遥感技术推广提供参考,同时弥补了地面站点监测在空间尺度上以及卫星遥感在时间尺度上的不足。 展开更多
关键词 机载 成像差分吸收光谱仪 二氧化氮 二氧化硫 污染气体二维分布
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深紫外飞秒脉冲准分子激光放大同步特性研究
2
作者 范军 杨礼昭 +4 位作者 游利兵 戎丹丹 王宏伟 寸超 方晓东 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期278-288,共11页
为了获得大能量的深紫外超短脉冲,将深紫外飞秒种子光通过ArF准分子放大器进行放大。通过对种子光信号和准分子放大器的荧光信号进行测量,在不同环境下,针对种子光信号与放大器放电信号之间的延时对脉冲单程放大特性的影响进行了研究。... 为了获得大能量的深紫外超短脉冲,将深紫外飞秒种子光通过ArF准分子放大器进行放大。通过对种子光信号和准分子放大器的荧光信号进行测量,在不同环境下,针对种子光信号与放大器放电信号之间的延时对脉冲单程放大特性的影响进行了研究。研究结果表明,放大系统实现了种子光与准分子放大器的低抖动精确同步,空气和氮气环境下脉冲能量最高分别为197.2μJ和312.6μJ,且氮气环境下脉冲展宽较空气平均降低99.2 fs。相较于空气环境,氮气环境可有效降低深紫外超短脉冲的能量衰减与脉冲展宽,且同步抖动对放大特性影响较小。 展开更多
关键词 激光技术 同步特性 准分子放大 深紫外飞秒激光
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临近空间紫外辐射环境及影响因素研究
3
作者 安源 王先华 +4 位作者 叶函函 施海亮 吴时超 李超 孙二昌 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期180-194,共15页
临近空间的紫外辐射对天体生物学、飞行器材料等产生重要影响,为加深对其的认知,基于OH与O3的光化学关系改变紫外辐射强度的原理,利用戈达德地球观测系统—化学模型对中国区域临近空间OH与O3浓度的时空变化特性进行分析。根据OH和O3浓... 临近空间的紫外辐射对天体生物学、飞行器材料等产生重要影响,为加深对其的认知,基于OH与O3的光化学关系改变紫外辐射强度的原理,利用戈达德地球观测系统—化学模型对中国区域临近空间OH与O3浓度的时空变化特性进行分析。根据OH和O3浓度的变化,利用对流层紫外和可见光辐射传输模型对紫外B波段辐射进行模拟计算,揭示了高度在22~42 km之间的辐照度在3.43~16.15 W·m^(-2)之间;华北区域、华中和华南区域以及南海区域等的辐照度呈现出双峰和振荡相结合的特征,辐照度极值出现的月份在各区域并不一致;受O3吸收作用影响,辐照度的年较差最大值2.29 W·m^(-2)出现在华北区域的32 km高度处,最小值0.53 W·m^(-2)为南海区域的42 km高度处;辐照度变化最为剧烈的情况均出现在22 km高度处,可达2.42%~32.79%。结果表明在不同条件下紫外辐射对天体生物、飞行器材料等的影响与作用程度存在很大差异,在开展相关的研究时须具有针对性。 展开更多
关键词 临近空间 紫外辐射 辐射传输 时空分析 OH O3
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基于光谱分解和PSOBP组合模型的光谱重构研究
4
作者 胡春晖 张黎明 李鑫 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期47-56,共10页
针对R矩阵光谱重构法面临的问题,提出了一种基于相机响应特性的光谱分解方法,对分解出的同色异谱黑的反演建立粒子群优化BP神经网络模型(PSOBP)以实现网络训练权重的优化,并利用全局训练样本和局部训练样本的二次光谱重构方式进行了仿... 针对R矩阵光谱重构法面临的问题,提出了一种基于相机响应特性的光谱分解方法,对分解出的同色异谱黑的反演建立粒子群优化BP神经网络模型(PSOBP)以实现网络训练权重的优化,并利用全局训练样本和局部训练样本的二次光谱重构方式进行了仿真实验。结果表明,在D65光源下,利用所提出的方法, RGB相机观测下重构两种测试集均方误差平均值分别至少降低了1.71%和0.51%,色差最大值分别为3.5579和2.3776,满足人眼辨别颜色阈值要求;WorldView3观测下光谱重构精度均方误差在410~510、555~565、590~685、705~740 nm波段内不超过2%,适应度系数表示的可接受样本占比均为91.667%,色差最大值分别为1.6002和1.1177,其光谱重构精度以及色度精度较其他方法均有所提高,且6通道多光谱相机已能满足较高精度光谱重构的要求。 展开更多
关键词 遥感 光谱重构 同色异谱黑 粒子群优化 神经网络 齐次非线性扩展
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基于GMI数据的植被荧光反演研究
5
作者 王晓迪 王先华 +4 位作者 施海亮 叶函函 李超 安源 孙二昌 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2024年第2期221-231,共11页
太阳诱导叶绿素荧光直接指示植被生理状态,而植被作为重要的碳汇,若能利用温室气体卫星遥感数据反演出植被叶绿素荧光,则对于分析大气温室气体源、汇具有重要意义。利用氧气吸收线拟合法,基于GF-5卫星“大气主要温室气体监测仪(GMI)”... 太阳诱导叶绿素荧光直接指示植被生理状态,而植被作为重要的碳汇,若能利用温室气体卫星遥感数据反演出植被叶绿素荧光,则对于分析大气温室气体源、汇具有重要意义。利用氧气吸收线拟合法,基于GF-5卫星“大气主要温室气体监测仪(GMI)”及美国OCO-2遥感数据,针对亚马逊森林、撒哈拉沙漠和非洲草原地区2019年1月和7月GMI卫星遥感数据开展了叶绿素荧光反演研究,并将结果与OCO-2数据荧光产品进行对比分析。反演结果表明:以OCO-2荧光产品为基准,在三个研究区域的两个研究时段内,GMI数据能够较好地反演叶绿素荧光强度。 展开更多
关键词 太阳诱导叶绿素荧光 遥感 反演方法
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傅里叶变换红外光谱自适应数字滤波算法研究
6
作者 孟伍德 童晶晶 +4 位作者 高闽光 李相贤 李妍 韩昕 刘文清 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期226-234,共9页
针对傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪在不同类型环境噪声下导致的仪器性能下降的问题,提出了一种根据不同环境噪声实时更新滤波参数的自适应滤波算法。对该算法的基本原理和实现过程进行了理论推导,分析了不同滤波参数设置下的滤波效果,进... 针对傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪在不同类型环境噪声下导致的仪器性能下降的问题,提出了一种根据不同环境噪声实时更新滤波参数的自适应滤波算法。对该算法的基本原理和实现过程进行了理论推导,分析了不同滤波参数设置下的滤波效果,进而利用设计的滤波算法对实测光谱数据进行了滤波处理,对比分析了不同滤波方法下的光谱信噪比(SNR)。研究结果表明:基于巴特沃斯滤波的自适应FTIR光谱滤波方法在2100~2200 cm^(-1)和2500~2600 cm^(-1)波段的SNR较传统硬件滤波分别提高了1.29倍和1.13倍,表明该算法可以有效提升FTIR光谱信噪比,改善FTIR仪器的性能指标。 展开更多
关键词 光谱学 数字滤波 巴特沃斯滤波器 傅里叶变换红外光谱 信噪比
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基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究
7
作者 徐秋怡 朱文越 +4 位作者 陈杰 刘强 郑健捷 杨韬 杨腾飞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期88-94,共7页
大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标... 大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO_(2)气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明:NO_(2)气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO_(2)气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不同导致标定过程仍然存在光声效应之外的光与物质的相互作用、标定介质损耗、测量环境等不确定因素,这些都会导致这两种标定介质的标定结果差异;苯胺黑气溶胶采用不同波长光源得到的标定系数明显不同,同一粒径的单分散苯胺黑气溶胶在532 nm波长处获取的标定系数约为1 064 nm波长处标定系数的1.5~2倍。导致该结果的可能原因有两个,一是未准确获取1 064 nm波长处苯胺黑的复折射率,二是标定过程中532 nm光束、 1 064 nm光束与谐振腔的匹配模式不一致导致;标定系数与单分散气溶胶的粒径存在反比关系,随着苯胺黑气溶胶粒径每增大50 nm, 532 nm波长光源的标定系数减小19%, 1 064 nm波长光源的标定系数减小12%。标定系数与粒径的反比关系可能由不同粒径的苯胺黑气溶胶粒子经过管道和光声池的损耗不同导致。由此可见,气体标定方法与气溶胶标定方法各有其优势与不足,但两种标定方式都可以获取相应的标定系数,在实际标定方法的选择上,需要综合考虑多种因素,选择合适的标定方法。 展开更多
关键词 光声光谱 气溶胶 光学吸收系数 气溶胶吸收系数标定
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蒸汽吸附分析仪在气溶胶吸湿性研究中的应用
8
作者 顾文君 袁野 +3 位作者 陈兰夏迪 曹亚楠 彭超 唐明金 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2024年第1期1-21,共21页
吸湿性是大气颗粒物最重要的物理化学性质之一,直接影响着实际大气条件下气溶胶的粒径、形貌、成分、化学反应活性和光学性质,从而最终影响着气溶胶的环境与气候效应。现有的吸湿性测量技术大多需要假设颗粒物为球形,且灵敏度较低,无法... 吸湿性是大气颗粒物最重要的物理化学性质之一,直接影响着实际大气条件下气溶胶的粒径、形貌、成分、化学反应活性和光学性质,从而最终影响着气溶胶的环境与气候效应。现有的吸湿性测量技术大多需要假设颗粒物为球形,且灵敏度较低,无法准确测定非球形颗粒物或吸湿性较低颗粒物的吸湿性。蒸汽吸附分析仪通过测量颗粒物的质量随相对湿度的变化来研究其吸湿性,这种新方法不仅对颗粒物的形貌没有要求,而且具有卓越的灵敏度。本文首先介绍了这种气溶胶吸湿性测量新方法的工作原理和技术特点,然后重点介绍了这种新方法在大气科学、地球与行星科学、医用气溶胶等多个领域中的应用。最后,在简要总结蒸汽吸附分析仪在大气颗粒物吸湿性研究上的优越性和局限性的基础上,对未来可开展的吸湿性研究工作提出了一些设想。 展开更多
关键词 吸湿性 蒸汽吸附分析仪 大气科学 地球与行星科学 医用气溶胶
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大气光学湍流模式研究:C_(n)^(2)廓线模式 被引量：1
9
作者 吴晓庆 杨期科 +3 位作者 黄宏华 青春 胡晓丹 王英俭 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期387-397,共11页
由于大气湍流的存在,当光束在大气中传播时会发生相位起伏、光强闪烁等一系列湍流效应现象,严重制约光电系统的性能,是造成天文观测困难的主要原因.大气折射率结构常数C_(n)^(2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数.本文归纳了几种有代表... 由于大气湍流的存在,当光束在大气中传播时会发生相位起伏、光强闪烁等一系列湍流效应现象,严重制约光电系统的性能,是造成天文观测困难的主要原因.大气折射率结构常数C_(n)^(2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数.本文归纳了几种有代表性的C_n~2廓线模式,提出了修正的CLEAR I夜晚模式;分析了高美古、拉萨、大柴旦、茂名、荣成等5个实验点探空测量数据,给出了5个实验点算术平均拟合的C_(n)^(2)廓线公式;计算了各模式和测量数据在波长为0.5μm时的大气相干长度r0、视宁度εFWHM、等晕角θ0、相干时间τ0、等效高度h和等效风速V等大气光学参数以及各大气层C_(n)^(2)递减率和不同大气层湍流贡献百分比.重点对H-V(5/7)模式的存疑、C_(n)^(2)廓线模式采用的平均方法、低平流层C_(n)^(2)是否具有统一的递减率等问题进行讨论并给出答案. 展开更多
关键词 大气光学湍流 修正的CLEAR I夜晚模式 5个实验点C_(n)^(2)廓线公式 H-V(5/7)模式的存疑
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利用离轴积分腔光谱仪对合肥市典型温室气体源的移动观测研究
10
作者 汪玉 张贤珂 +5 位作者 谈图 王贵师 刘锟 孙万启 邱子晨 高晓明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3293-3301,共9页
CO_(2)和CH_(4)是城市排放的主要温室气体,高精度、高时空分辨率的移动观测手段有利于了解其在城市中的分布细节,也可以了解源的动态变化。本文分析了现有的大气温室气体的移动监测手段,在此基础上基于自研设备离轴积分腔光谱仪、三维... CO_(2)和CH_(4)是城市排放的主要温室气体,高精度、高时空分辨率的移动观测手段有利于了解其在城市中的分布细节,也可以了解源的动态变化。本文分析了现有的大气温室气体的移动监测手段,在此基础上基于自研设备离轴积分腔光谱仪、三维风速仪和车载差分GPS搭建了一套移动观测系统,开发了配套的温室气体走航观测数据分析软件系统,对合肥市典型道路的CO_(2)和CH_(4)进行了观测,对观测到的典型CH_(4)浓度热点进行分析,并对垃圾填埋场进行了CH_(4)的观测。结果表明:合肥市一环路CO_(2)浓度分布与城市面源排放影响有较好相关性、CH_(4)分布则与其相关性较差,但受点源影响较大,二环CO_(2)和CH_(4)浓度分布与周边森林、水源、商圈的分布密切相关;总体上早晚高峰期一环和二环CO_(2)和CH_(4)的平均浓度(中位数)均高于闲时,一环浓度高于二环;利用三维超声风速仪、GPS计算实时自然风风速风向,分析道路上CH_(4)浓度热点主要来自天然气加气站、生化池、天然气机动车等,其中天然气机动车排放的CH_(4)与CO_(2)相关性系数约70%,怠速、起步、缓慢行使过程中的排放较大;肥东和肥西生活垃圾填埋场捕捉到的CH_(4)浓度高值分别与填埋场封层的不完整和周围垃圾焚烧发电厂车间的无组织释放有关;利用高斯烟雨扩散模型估算了肥西垃圾填埋场车间门打开状态CH_(4)排放速率比未打开时高出一个数量级;北城和庐江垃圾填埋场CH_(4)较前两个的无组织排放小。研究证明了城市移动观测系统一方面可以为城市综合碳排放监测体系的建立提供参考,另一方面可以为城市温室气体浓度特征的研究提供基础数据。 展开更多
关键词 移动观测 CH_(4) CO_(2) 道路观测 点源 垃圾填埋场
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MODIS气溶胶光学厚度产品在合肥市大气污染研究中的应用 被引量：1
11
作者 边健 《宜春学院学报》 2013年第12期1-4,共4页
将中分辨率成像光谱辐射仪(Moderate Resolution Imaging Spectro-radiomater,MODIS)二级产品气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)数据与合肥地区的PM10质量浓度做相关性分析,发现二者的直接相关程度较低。利用相对湿度和气溶胶... 将中分辨率成像光谱辐射仪(Moderate Resolution Imaging Spectro-radiomater,MODIS)二级产品气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)数据与合肥地区的PM10质量浓度做相关性分析,发现二者的直接相关程度较低。利用相对湿度和气溶胶标高等气象条件进行校正后,两者相关性提高。研究证实,气溶胶光学厚度可以应用于地面PM10监测。 展开更多
关键词 气溶胶光学厚度 PM10 空气质量 合肥
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大气光学湍流模式研究——方法和进展
12
作者 吴晓庆 杨期科 +3 位作者 黄宏华 青春 胡晓丹 王英俭 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期342-354,共13页
分层是大气湍流特别是高空湍流显著特征.在某一固定高度真实光学湍流C_(n)^(2)值在平均值上有1—2个量级甚至更大的起伏.以观测数据建立的湍流廓线模式,是一个统计平均的结果.既不能代表某次实际大气湍流廓线的分层特征,也没有预报功能... 分层是大气湍流特别是高空湍流显著特征.在某一固定高度真实光学湍流C_(n)^(2)值在平均值上有1—2个量级甚至更大的起伏.以观测数据建立的湍流廓线模式,是一个统计平均的结果.既不能代表某次实际大气湍流廓线的分层特征,也没有预报功能,不能完全满足光学工程需求.受限于计算机的容量和速度,无法通过DNS (direct numerical simulation)以及LES (large eddy simulation)求解Navier-Stokes方程来预报光学湍流,解决方案是通过中尺度天气数值预报模式MM5/WRF,预报出常规气象参数,再由湍流参数化方案计算出C_(n)^(2).本文介绍了近地面层、边界层和自由大气层C_(n)^(2)预报方法和研究成果,从湍流动能预报方程和温度脉动方差预报方程详细推导出Tatarski公式,归纳出该公式所隐含的物理意义和适用条件.重点介绍了神经网络预报C_(n)^(2)和C_(n)^(2)估算和预报方法在南极天文选址的最新研究进展.分析了以实验数据拟合的经验模式、建立在Kolmogorov湍流理论基础之上含有常规气象参数的参数模式、与中尺度气象模式有关的预报模式、基于数据驱动的神经网络方法等不同模式的特点和差异.强调Kolmogorov湍流理论是现有大气光学湍流参数模式的理论基础. 展开更多
关键词 大气光学湍流 湍流模式 Tatarski公式 神经网络预报C_(n)^(2) 南极天文选址
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合肥地区N_(2)O柱浓度的观测与反演研究 被引量：1
13
作者 潘文雪 黄印博 +5 位作者 刘丹丹 黄俊 张雷雷 李建玉 卢兴吉 曹振松 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期207-219,共13页
使用便携式地基傅里叶变换红外光谱仪(EM27/SUN)对合肥地区N_(2)O的柱浓度开展了观测与反演研究,分析评估优选了N_(2)O的吸收谱段,结合最优估算法反演N_(2)O的柱浓度,并与TCCON观测网高分辨率傅里叶变换光谱仪的反演结果进行了对比。结... 使用便携式地基傅里叶变换红外光谱仪(EM27/SUN)对合肥地区N_(2)O的柱浓度开展了观测与反演研究,分析评估优选了N_(2)O的吸收谱段,结合最优估算法反演N_(2)O的柱浓度,并与TCCON观测网高分辨率傅里叶变换光谱仪的反演结果进行了对比。结果表明,在六个月内晴空条件下观测的XN_(2)O在311.76~334.92 ppb之间,均值为323.26 ppb。对比分析与TCCON相同观测天的数据,两者观测的XN_(2)O变化范围分别为319.11~325.37 ppb和322.40~329.29 ppb,一致性较好。与TCCON站点反演结果相比,EM27/SUN光谱仪的反演结果略低,XN_(2)O总体误差为0.84~7.88 ppb,相对误差范围0.26%~2.41%。利用推导的校正因子对反演后的结果进行了后处理,误差降低到-0.90%~1.36%。 展开更多
关键词 傅里叶变换红外光谱仪 EM27/SUN N_(2)O 柱平均干空气摩尔分数 TCCON
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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 被引量：1
14
作者 杨娜娜 方波 +4 位作者 王春晖 周昊 韦娜娜 赵卫雄 张为俊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期278-286,共9页
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... 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。 展开更多
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
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激光吸收光谱气体检测中的干扰因素分析和温度校正方法研究 被引量：1
15
作者 张乐文 王前进 +4 位作者 孙鹏帅 庞涛 吴边 夏滑 张志荣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期767-773,共7页
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是一种非侵入式光谱检测技术,具有高选择性、高响应性和高分辨率等特点。根据分子光谱吸收原理,被检测气体所处环境温度的改变会引起分子吸收谱线强度的变化,进而影响气体浓度反演的准确性。为提高气体... 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是一种非侵入式光谱检测技术,具有高选择性、高响应性和高分辨率等特点。根据分子光谱吸收原理,被检测气体所处环境温度的改变会引起分子吸收谱线强度的变化,进而影响气体浓度反演的准确性。为提高气体在高温背景下浓度测量的准确性和真实性,选取工业过程常见的一氧化碳(CO)为目标气体,设计了基于波长调制技术多温度梯度(室温14~1100℃)的气体吸收光谱检测实验,与HITRAN数据库中光谱参数进行对比,并对结果进行校正和分析。同时,以探测信号有效扫描区域的线性度、标准差和残差平方和等参数为依据,分析了不同材质的窗片对高温实验的影响,通过升降温实验数据的分析,选择了降温梯度测量作为高温实验的最佳控温顺序。经过对标准浓度的CO进行高温实验,发现随着温度的升高,二次谐波(2f)幅值和吸收线强有相一致的下降趋势,符合理论公式的变化规律。经过分析校正后的2f幅值和温度呈现非相关性,实现了热背景下光谱检测的校正,验证了变温时2f幅值校正的准确性。该研究为光谱检测技术在高温背景下实际应用提供了一定的参考,尤其是对高精度工业炉内气体燃烧效率的动态评估具有极其重要的意义。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS) 一氧化碳 窗片材质 二次谐波 温度校正
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真空紫外光电离质谱及其在大气化学中的应用研究 被引量：1
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作者 温作赢 顾学军 +2 位作者 林晓晓 张为俊 唐小锋 《质谱学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期181-196,共16页
大气环境污染成因复杂,往往涉及一系列复杂的化学反应过程,且包含众多的挥发性有机物气体分子、自由基和气溶胶颗粒物等,在线检测是大气化学领域的难点和热点问题。真空紫外光电离质谱技术使分子吸收单个光子能量后,在其电离能阈值附近... 大气环境污染成因复杂,往往涉及一系列复杂的化学反应过程,且包含众多的挥发性有机物气体分子、自由基和气溶胶颗粒物等,在线检测是大气化学领域的难点和热点问题。真空紫外光电离质谱技术使分子吸收单个光子能量后,在其电离能阈值附近“软”电离,可以获得分子离子质量信息,具有质谱图简洁、碎片离子少和易于解析等特点,能够从分子层面上在线测量大气化学反应过程中关键的化学成分,揭示复杂的大气化学反应机理,在大气化学领域具有较好的应用前景。本文介绍了基于真空紫外激光、同步辐射光源、自由电子激光和真空紫外放电灯等多种光源的真空紫外光电离质谱技术,阐述了近年来该技术在大气挥发性有机物、自由基以及气溶胶颗粒物化学成分检测方面的进展,并展望真空紫外光电离质谱技术的发展方向。 展开更多
关键词 真空紫外光(VUV) 光电离质谱(PIMS) 大气化学 自由基 气溶胶
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EC-QCL中红外激光外差光谱遥测技术研究 被引量：1
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作者 沈凤娇 谈图 +3 位作者 卢军 张胜 高晓明 陈卫东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1739-1745,共7页
具有高灵敏度、高光谱分辨率的中红外激光外差光谱气体探测,是以窄线宽激光器作为本地振荡器,通过放大入射的微弱吸收信号,实现大气痕量气体柱浓度和垂直浓度廓线的遥感探测技术。基于当前的激光外差辐射计,提出了一种新型的仪器结构。... 具有高灵敏度、高光谱分辨率的中红外激光外差光谱气体探测,是以窄线宽激光器作为本地振荡器,通过放大入射的微弱吸收信号,实现大气痕量气体柱浓度和垂直浓度廓线的遥感探测技术。基于当前的激光外差辐射计,提出了一种新型的仪器结构。引入直接吸收光谱系统实现外差系统工作波长的选定和频率标定。采用紧凑型红外黑体源EMIRS200作为宽带辐射光源,替代太阳光,进行激光外差系统的验证分析。为激光外差辐射计的下一步系统集成提供了新方法。研制了中红外宽调谐激光外差辐射计概念验证系统,对系统基本参数进行了测试分析。该系统采用8μm外腔量子级联激光器(EC-QCL)作为本地振荡光源,红外黑体源EMIRS200作为辐射光源。通过对该系统基本参数的测试数据分析,获得了系统信噪比(~120)和外差转换效率(~0.006)参数。利用艾伦方差分析确定了EC-QCL的稳定时间至少达到了133 s,因此非常适合于激光外差光谱的采集。得到直接吸收光谱系统的1σ最小体积分数探测限为2.312×10^(-8),能够满足大气甲烷高灵敏检测需求,同时实现外差系统工作波长的选定和频率标定。最后利用已建立的激光外差辐射计概念验证系统获取了甲烷中红外8μm处高分辨激光外差吸收光谱,并与甲烷在8μm波段附近的直接吸收光谱进行了光谱比对。最后拟合了系统光谱分辨率参数,验证了该概念验证系统的高光谱分辨率,能满足较窄线宽条件下的高分辨率激光外差光谱的测量。实验结果表明,激光外差系统中引入直接吸收光谱系统可以实现外差系统工作波长的选定和频率标定。紧凑型红外黑体源EMIRS200可以用于激光外差辐射计的结构优化,实现激光外差系统的分析验证,为进一步应用于测量实际大气中多组分气体的光谱提供了实验基础并拓展激光外差辐射计在高精度遥感探测领域的应用。 展开更多
关键词 大气遥感 外腔量子级联激光器 中红外 激光外差
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MAX-DOAS重建NO_(2)竖直平面分布的方法研究
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作者 常振 钟鸣宇 +5 位作者 苏静明 司福祺 王煜 周海金 窦科 张泉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2413-2418,共6页
多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)结合计算机断层重建算法可获取目标痕量气体的空间分布情况。为研究在具有背景浓度的条件下,如城市背景下某个竖直截面上重建NO_(2)空间分布的可行性,设计了气体浓度可控条件下的验证性实验;证明了利用MAX-... 多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)结合计算机断层重建算法可获取目标痕量气体的空间分布情况。为研究在具有背景浓度的条件下,如城市背景下某个竖直截面上重建NO_(2)空间分布的可行性,设计了气体浓度可控条件下的验证性实验;证明了利用MAX-DOAS在竖直平面重建NO_(2)气体分布的可行性。将充入标准气体的JGS1石英玻璃样品池作为研究对象,使用两台MAX-DOAS采集光谱数据。将气体浓度的梯度作为先验信息,利用经典的ABOCS算法和Barzilai-Borwein算法重建了竖直平面内的NO_(2)气体分布,验证了利用MAX-DOAS在竖直平面内重建NO_(2)气体空间分布的可行性,同时确定了背景浓度对重建结果的影响。研究结果表明,以天空为背景的光谱作为参考谱和以空样品池为背景作为参考谱,反演得到的NO_(2)浓度非常接近,因此研究对象中的样品池容器在NO_(2)竖直平面分布重建方法中对实验结果的影响可以忽略。实验中以市区为背景的MAX-DOAS具有较高的背景浓度,特别是在仰角较低的情况下NO_(2)背景浓度几乎达到6×10^(16)molec·cm^(-2),以城市郊区没有明显的污染源为背景的MAX-DOAS,背景浓度较低可以忽略。重建结果显示,当仰角为28°时,气体沿光路的平均分子数密度为3.9327×10^(15)molec·cm^(-2),且在样品池内下部密度大,上部密度小;重建得到的SCD和测量得到的SCD符合比较好,计算结果显示重建得到的气体分子数密度的峰值为5.77×10^(15)molec·cm^(-2),与以城市郊区为背景的MAX-DOAS反演结果较为接近,而以市区为背景时,特别是仰角较小时,NO_(2)背景浓度特别明显,重建结果比测量结果的值小很多。结果表明,背景浓度在重建图像中表现为伪影,影响对气体分布的观察,而如果在重建算法时加入利用样品池内外气体存在浓度突变这一先验信息,能够减轻背景浓度对重建结果造成的影响。 展开更多
关键词 差分吸收光谱 浓度重建 多轴差分吸收光谱 迭代算法 数据拟合
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提拉法下Yb:YAG单晶缺陷的正电子湮没研究
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作者 石小兔 张庆礼 +7 位作者 孙贵花 罗建乔 窦仁勤 王小飞 高进云 张德明 刘建党 叶邦角 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期316-321,共6页
为满足固体激光器的应用需求,研究人员不断改进YAG激光晶体生长技术,其中控制YAG中的缺陷结构对于晶体的生长尤为重要。本工作对提拉法两种工艺制备的晶体样品进行了缺陷研究,特别是晶体散射点的起源。正电子湮没技术是一种对材料微观... 为满足固体激光器的应用需求,研究人员不断改进YAG激光晶体生长技术,其中控制YAG中的缺陷结构对于晶体的生长尤为重要。本工作对提拉法两种工艺制备的晶体样品进行了缺陷研究,特别是晶体散射点的起源。正电子湮没技术是一种对材料微观结构十分灵敏且有效的核物理技术分析表征手段,对空位缺陷、微孔等极为敏感。根据正电子湮没寿命谱与多普勒展宽谱的分析结果,无论工艺、有无散射点,样品的正电子寿命及多普勒展宽线性参数均存在差异。这说明晶体主要缺陷是YAG结构中的本征缺陷,散射点可能是空位团聚引起的纳米微孔,研究表明该技术可以灵敏地表征YAG晶体散射点。正电子湮没实验反映的晶体单晶质量差异与X射线衍射、单晶摇摆曲线、光透过率以及位错密度结果吻合。在研究晶体的物理性能和缺陷与材料微结构的关系上正电子湮没技术具有独特的技术优势,同时正电子湮没技术可以在微观尺度上有效反映晶体质量。 展开更多
关键词 晶体缺陷 正电子湮没 YB:YAG晶体 提拉法
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大气细颗粒物测量技术研究新进展 被引量：1
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作者 解智博 桂华侨 +7 位作者 张礁石 杨波 康士鹏 魏秀丽 余同柱 杨义新 刘建国 刘文清 《能源环境保护》 2023年第2期16-29,共14页
大气细颗粒物污染对区域环境、全球气候和人体健康均具有重要影响,因此大气细颗粒一直是污染防治的重点和难点之一。近年来,特别是我国大气污染防治计划的持续推进,大气细颗粒物污染问题已得到显著改善,同时也伴随着一系列测量技术的长... 大气细颗粒物污染对区域环境、全球气候和人体健康均具有重要影响,因此大气细颗粒一直是污染防治的重点和难点之一。近年来,特别是我国大气污染防治计划的持续推进,大气细颗粒物污染问题已得到显著改善,同时也伴随着一系列测量技术的长足发展。本文针对大气细颗粒物数浓度、粒径分布、化学组成等物理化学参数信息,综述了近年来大气细颗粒物测量技术的发展与应用状况。对于细颗粒物数浓度测定,主要分为扩散荷电计数和凝结粒子计数两类,前者主要适用于燃烧排放场景,后者则适用于城市空气低浓度测量场景;对于细颗粒粒径测量,主要分为单颗粒粒径和整体粒径谱分析两类,单颗粒粒径多采用电子显微和光学显微方式,整体粒径谱分析主要为电迁移分级方式;对于细颗粒物组分测定,主要以气溶胶质谱与光谱分析为主。最后,面向大气颗粒物演变机制研究与智能化监测监管新需求,展望了未来大气细颗粒物将向多参数综合表征、动态过程快速测量、高性能微纳传感等方向发展。 展开更多
关键词 大气细颗粒物 数浓度 粒径 组分 在线测量
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