差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征

差分吸收激光雷达是测量对流层臭氧时空分布的有力工具,利用差分吸收激光雷达在灰霾条件下开展观测研究,分析了臭氧浓度时空分布特征。结果表明:在夏季副热带高压大气天气条件下,受偏南风气团输送的影响,6月中旬形成一次高浓度的臭氧污染过程。6月14日夜间至6月15日中午离地面1.5~2km高度的臭氧气团浓度(即体积分数)高达1.2×10-7以上,下午臭氧气团出现下沉,从而引起当日下午近地面臭氧浓度的升高。在灰霾天气过程中,细颗粒物与臭氧分布在不同高度上具有不同的关联特征,地面颗粒物充分参与了光化学反应过程,而高空高浓度的颗粒物和臭氧气体则与输送有关。晴朗天气下的臭氧浓度在整个空间尺度上都有不同程度的下降,并且没有出现明显的外部输入气团。     

2001年合肥上空大气臭氧的分布特征分析

对L625差分吸收激光雷达2001年的臭氧观测数据进行了处理和分析,观测结果表明:合肥上空高度5～45 km区间,臭氧厚度0.264×10-5 km,峰值高度海拔24.9 km,峰值大小4.3677×1012 cm-3.不同高度的臭氧数密度具有明显的季节特征,35 km、30 km和25 km高度的臭氧数密度变化特征表现为夏季数密度高,冬季数密度低.20 km、15 km和10 km高度的臭氧数密度的变化特征表现为冬春季数密度高,秋季数密度低.臭氧层峰值高度夏秋季高,冬春季低.     

奥运期间北京城区的开放式NH3激光在线监测

NH3是大气成分中最丰富的碱性痕量气体,对中和大气酸性成分以及气溶胶的形成起重要作用.使用基于可调谐半导体激光吸收光谱和开放长光程技术的NH3在线监测系统对北京奥运期间鸟巢附近城区进行了NH3浓度的连续监测.监测结果表明NH<,3>浓度具有明显的日变化周期,基本规律是白天浓度降低,夜晚浓度升高到峰值;NH3的日峰值浓度从北京奥运开始有所下降.研究表明北京城区机动车限行对减小NH3浓度和抑制气溶胶的形成起到了积极作用.     

广州亚运会期间多组分污染气体的抽取式FTIR监测

利用抽取式傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量系统于2010广州亚运会期间对广州白云机场地区大气中的多种污染气体进行了连续监测.介绍了系统组成和光谱定量分析方法,并对浓度结果进行了分析.结果显示,一氧化碳和臭氧小时均值浓度具有日周期变化,虽然在监测期间出现了几个极值,但是仍然达到国家二级标准.乙烯和乙炔小时均值浓度具有同...     

户外型探测臭氧和气溶胶激光雷达系统研制

激光雷达探测臭氧和气溶胶垂直廓线分布近年来在环境监测领域获得广泛应用。介绍了一套可同时用于探测臭氧和气溶胶浓度的激光雷达系统。采用Nd:YAG激光器,通过二倍频器和四倍频器分别产生532 nm和266 nm激光光源,基于受激拉曼散射原理,在两根拉曼管中分别充有氘气和氢气,产生拉曼频移光289 nm,299 nm,通过差分吸收算法原理反演垂直空间臭氧浓度廓线,通过米散射算法原理来反演气溶胶浓度廓线。水平扫描试验结果显示,雷达系统的探测结果与近地面点式臭氧分析仪测量结果有较好的一致性,相对误差小于10%。在安徽合肥科学岛外场观测结果表明:臭氧探测高度,白天可以达到3 km,晚上可以达到5 km,气溶胶探测高度,白天可以达到10 km,晚上可以达到15 km。     

高灵敏激光吸收光谱仪监测北京城区甲烷浓度变化

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)对环境空气中的甲烷进行了测量.选择不受干扰的1.65μm处的吸收线对甲烷进行浓度监测.在2005年秋季对北京城区的甲烷气体以1min的时间分辨率进行了近1个月的连续监测.甲烷的浓度在19:00左右开始上升,在凌晨01:00左右开始下降,具有明显的周期性.浓度最低值出现在白天,而最大值出现在夜里,给出了甲烷的日变化和连续监测结果.     

1998～2001年合肥地区平流层臭氧浓度垂直廓线变化特征

L625紫外差分吸收(UV-DIAL)激光雷达主要用于18～45 km高度范围内平流层臭氧浓度垂直分布的长期监测.位于合肥郊区的这一台激光雷达自1996年8月全面建成并投入正常运行以来,进行了长期的连续观测,积累了大量宝贵资料.通过分析L625紫外差分吸收激光雷达在1998～2001年期间的平流层臭氧观测数据,得出了合肥上空平流层臭氧浓度垂直分布的特征:平均垂直浓度分布的峰值点高度为23.32 km,峰值点的臭氧浓度为4.43×1012cm-3,柱含量6.4×1018cm-2;臭氧浓度有明显的一年周期震荡,表现为季节变化:平流层中上层臭氧浓度夏季高冬季低;平流层下层臭氧浓度夏季低冬季高.平流层臭氧浓度峰值高度的变化特征为夏季高冬季低.     

合肥梅雨季节大气污染物分布特征的激光雷达探测

利用AML-2型车载测污激光雷达测得的合肥梅雨季节大气污染物的监测数据,研究梅雨季节对流层大气气溶胶和臭氧的时空分布特征,对比分析雨水对大气污染物消减的影响。结果表明:梅雨季节气溶胶的消光系数较小,且随着高度增大呈递减的趋势,在0.5km高度处,多天的消光系数为0.1～0.18km~(-1);持续降水对气溶胶浓度具有显著的消减作用,梅雨季节之前和梅雨季节气溶胶消光系数的均值分别为0.37km~(-1)和0.14km~(-1);梅雨季节臭氧的时空变化特征明显,臭氧浓度随高度的增大而逐渐减小,臭氧浓度的日差异较大,2008年6月20日和24日,0.4km高度处臭氧质量浓度相差59.5μg/m~3;与梅雨季节之前相比,梅雨季节的臭氧浓度大幅减小,相同高度处臭氧质量浓度均值的差值可达41.8μg/m~3。     

广州亚运会及残运会期间大气细粒子谱特征分析

2010年广州亚运会及残运会期间利用大气细粒子谱分析仪, 对广州城区和周边地区进行了大气细粒子谱的连续在线监测。研究了测量获得的粒子数浓度谱,分析了粒子数浓度的日变化特征,并对各个模态的粒子数浓度变化分别进行了研究。结果表明大气中气溶胶粒子主要集中在较小粒径。核模态粒子的数浓度主要受交通排放和气相成核影响,其中大学城站点呈单峰值分布,鹤山站点呈三峰值分布。爱根核模态粒子的数浓度受人类活动和核模态粒子涨大成爱根核模态粒子的影响,大学城站点呈三峰值分布,鹤山站点呈两峰值分布。积聚模态粒子和粗粒子模态粒子的数浓度的显著特点是白天低晚上高。鹤山监测站的粗粒子模态粒子的数浓度谱线受海盐溅沫的影响,在夜间有一峰值。最后分析了降雨对大气细粒子的清除作用。     

低人员密度条件下臭氧诱发室内复合污染特征实验研究

考虑臭氧与人体体表之间的化学反应作用影响下,掌握在低人员密度条件下臭氧诱发室内复合污染的规律是控制臭氧污染和改善室内空气品质的重要前提。针对室内人员密度为0.29人/m~2情况,基于实验研究的方法,对混合、置换和地板孔板3种通风方式下的臭氧和总挥发性有机化合物污染的变化特征规律进行了分析。研究结果表明,在同一种通风模式下污染物浓度与换气次数呈负相关,换气次数的减少会引起污染物浓度的特征规律发生显著变化。同时,总挥发性有机化合物浓度随臭氧浓度变化有明显的跟随性。     

农田开放环境下CO2浓度的激光在线监测

含碳温室气体浓度增加而加剧的温室效应是气候变化的主要原因。在线监测陆地生态系统中的CO2气体浓度并分析CO2通量,对了解局地气候及改善环境意义重大。设计了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的开放式CO2气体监测系统,于2010年4月在中国科学院封丘农业生态实验站进行了小麦田间CO2浓度的实时在线监测。连续监测结果表明：主要受植被光合作用的影响,田间CO2浓度具有明显的日变化规律,基本特点是白天浓度降低,夜间浓度升高。系统不需要气体采样、监测范围广、灵敏度高、响应时间快、调校简单,为农田环境的CO2浓度连续监测提供了有效的光学遥测方法。     

The influence of vapor phase cleaning on the composition and the surface roughness of rapid thermal oxides and nitrided oxides

In this paper, the influence of various pre-oxidation cleanings on the Si/SiO₂ interface and the oxide surface roughness is investigated. Different types of Vapor Phase Cleanings (VPC) are performed in an integrated STEAG AST cluster module and are compared to a standard wet cleaning process. The VPC uses Anhydrous Hydrogen Fluoride (AHF) and additional ozone cleaning. Directly after the cleaning, oxidation in pure oxygen (O₂) is carried out in an integrated STEAG AST Rapid Thermal Processing (RTP) cluster module. Nitrided oxides are formed by annealing in pure nitric oxide (NO) gas directly after the oxidation. The nitrogen incorporation and distribution in the oxide is investigated using secondary ion mass spectroscopy (SIMS). The nitrogen concentration at the Si/SiO₂ interface depends on the time and/or temperature of the NO annealing. For a 900°C annealing, the nitrogen incorporation varies from 0.5 at.% for a 5 s anneal to 2.5 at.% for a 60 s anneal. The nitrogen concentration of the oxides can be correlated with the different types of precleaning sequences which seems to be an effect of the different fluorine contents obtained after various cleaning procedures. The surface roughness of oxide layers formed after different pre-cleaning sequences is analyzed by Atomic Force Microscopy (AFM). A decrease in surface roughness is measured for oxidation performed at higher temperature. and for rapid thermal oxides produced after a cleaning procedure using AHF and ozone.     

Highly concentrated ozone gas supplied at an atmospheric pressure condition as a new oxidizing reagent for the formation of SiO2 thin film on Si

We have investigated the characteristics of silicon oxidation by concentrated ozone gas through the comparison of the oxidation by oxygen molecules. A sophisticated high-concentration ozone generator, which exploits the ozone/oxygen gas separation technique with silica gel, has been developed for the study. The generator can continuously supply ozone-oxygen mixtures with ozone concentrations up to 30 at.% at one atmospheric pressure. Ozone gas with a concentration of 25 at.% from the generator formed SiO₂ films as thick as 2 nm and 6 nm on Si for a 30 min. exposure at 200°C and 600°C, respectively. On the other hand, oxygen gas by itself could form SiO₂ films with only 1 nm and 3 nm thickness, respectively, at the same conditions. Moreover, in the oxide film formation at 600°C, the oxide film growth by ozone was proceeded with an oxidation time in excess of 240 min., while it saturated within very short time in the oxidation by oxygen. These phenomena verify the strong oxidation power of ozone. In addition, we confirmed that the growth rate of the silicon oxide with ozone dramatically changed when the substrate temperature was over 500°C, and this suggested the change of oxidation mechanism at this point. However, such a characteristic was not found in oxidation with oxygen.     

激光雷达监测北京城区夏季边界层气溶胶

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(PBL)内气溶胶消光系数与湿度、风速等气象条件的关系,并给出了消光系数的时空分布。实验结果表明,水平大气气溶胶消光系数与黑碳质量浓度、地面风速等近地气象因子均有较好的相关性;边界层气象因子直接影响气溶胶的时空扩散和分布;在近地面风速较小等条件下,北京城区气溶胶污染在凌晨和上午较下午和前半夜严重。     

Evaluation of thin oxides grown by the atomic oxygen afterglow method

This paper discusses the basic electrical properties of thin, less than 200 Å, films of silicon dioxide grown on silicon by a microwave plasma atomic oxygen afterglow method. This method of remote plasma oxidation of silicon allows gate oxides to be grown at temperatures as low as 400° C, and hence, is possibly attractive in VLSI/ULSI applications. Electrical properties of studied oxides depend strongly upon the composition of the discharge gas. The use of nitrogen as an oxygen diluent has an adverse impact on the fixed oxide charge density and dielectric strength. Superior oxide characteristics were obtained by adding hydrogen to the discharge gas particularly in the area of oxide breakdown statistics. Values of the intrinsic breakdown field in the range from 8 MV/ cm to 14 MV/cm were recorded in this case.     

合肥上空大气臭氧垂直分布特征分析

利用中国科学院安徽光学精密机械研究所自行研制的L625紫外差分吸收激光雷达在合肥进行了长期的观测,对L625差分吸收激光雷达在1996～2009年观测的大气臭氧数据进行了分析,并与AURA卫星的观测数据进行了对比,得到了合肥上空大气臭氧月、季平均垂直分布的特征,初步给出合肥上空平流层臭氧的变化趋势.     

拉曼差分法探测大气中的臭氧

介绍了拉曼差分法测量对流层底部污染物O_3的基本原理。计算和研究了N_2,O_2的拉曼光谱强度分布特征,利用O_3对N_2,O_2紫外波段拉曼散射光的不同吸收特性,推导出O_3浓度反演公式;设计了拉曼差分激光雷达(Raman-DIAL)系统,该系统采用双通道分别接收N_2和O_2对紫外266 nm激光的拉曼散射光,通过拉曼差分法反演大气中O_3浓度。分析了激光雷达系统噪声的来源,对双通道滤光片提出了相应的要求;分析了大气中污染物SO_2,NO_2在紫外波段的吸收特性对拉曼差分法测量O_3的影响及造成的相对误差;利用差分激光雷达AML-2测得的O_3数据模拟了拉曼差分激光雷达系统N_2与O_2的拉曼信号,从而证实了该方法探测对流层底部大气臭氧含量垂直分布的可行性。     

大别山区和合肥城郊地面臭氧、气溶胶测量结果分析

安徽岳西县位于皖西南边陲的大别山区,山上自然保护区由原始森林和原始次生林构成,田地种植农作物,没有工业污染,是比较典型的山区自然条件。2009年5月22日-6月10日,我们利用EC9810臭氧分析仪、OPC-06多道光学粒子计数器、碳黑度仪等对山区的大气参数进行了测量,得到了山区的地面臭氧,气溶胶粒子昼夜变化及谱分布的分布特征,与合肥市西郊科学岛的观测结果比较表明：1)郊区的臭氧浓度明显高于山区;2）山区和合肥郊区气溶胶种类是不同;3）郊区气溶胶吸收系数明显比山区大,郊区气溶胶Angstrom指数比山区小。