合肥、岳西气溶胶光学特性的测量与对比分析

为分析城市型气溶胶对其周边地区的影响,同时为华东地区大气参数的测量积累数据,利用空气动力学粒度仪和碳黑度仪于2009年10月先后在合肥、岳西两地开展了实验测量。结果表明:两地气溶胶粒子的平均谱分布服从对数正态分布,合肥地区气溶胶粒子模式直径约为0.710μm,岳西地区约为0.683μm。气溶胶粒子数浓度的日变化和概率统计结果显示,两地气溶胶数浓度都有明显的日变化过程,其中合肥实验数据中80%的结果分布在200～800/cm~3范围内,岳西90%以上集中在100～450/cm~3。两地气溶胶在450 nm、550 nm和700 nm三波长下的吸收系数都有明显的日变化,只是合肥地区吸收系数的量级为10~(-5),而岳西为10~(-6)。     

大气气溶胶散射相函数反演算法

大气气溶胶是地气系统的重要组成部分,是大气辐射、战场环境和气候变化等的重要影响因子之一,历来受到人们的广泛关注。为了探求气溶胶对高能激光传输时能量的衰减效应,建立气溶胶散射相函数反演算法就变得十分必要。以合肥地区为例,利用已有的商用仪器积分浊度计(TSI-3563)和太阳辐射计(PGS-100)实际测量的气溶胶散射特性和光学厚度,给出波长为0.55μm的气溶胶散射相函数的反演结果。并根据误差传递理论通过计算分析确定最终的反演误差约在12.8%。该研究将丰富气溶胶光学特性的研究手段,为相关光学工程建设提供参考。     

利用太阳测量整层大气光谱透过率

简要介绍了利用太阳辐射测量整层大气光谱透过率的实验装置、测量原理和数据处理方法.为得到大气光学参数的实际变化规律,设计了由宽光谱范围的平场凹面光栅和高灵敏度的线阵CCD构成的硬件系统,利用太阳直接辐射测量其连续光谱,使用Langley拟合方法进行定标,通过运算得到了实际天气条件下的大气光谱透过率.将实测结果与现有其他设备的测量数据进行了对比,证明了测量结果的可靠性.     

可见光波段气溶胶标高的实验研究

大气气溶胶对大气辐射和光传播具有重要影响,而标高是反映气溶胶高度分布特征的关键参量。利用连续光谱的太阳辐射计和前向散射能见度仪,测量了大气柱光学特性以及近地面层的大气水平消光系数,获得了可见光波段的大气气溶胶标高的变化特征:随着波长值的增加,气溶胶标高减小;对于实验当地的情况,一般冬季气溶胶标高要大于夏季的气溶胶标高。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明:聚焦高斯束在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

合肥董铺岛目测云量统计及其与仪器测量资料的对比

利用合肥董铺岛1999～2004年目测的云量测量资料,统计分析了年、季、月总云量的平均和概率分布。结果表明：夏季云量偏多,平均每天有80%,秋季云量最少,平均每天不足50%,十一月份的无云天为全月的25%,六月份100%云量的天数占全月的57%。这可能与本地区雨季和下垫面的影响及东亚季风有关。同时对目测与全天空成象仪在2004年4月～2005年4月的所测云量资料作了相关性分析,两者测量的月总云量的相关系数都大于0．75,但仪器对大气层水汽和气溶胶等悬浮粒子(即雾气)真实的识别性不够,两者之间平均约有1%～7%的差异。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展，也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响，发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处，焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明：聚焦高斯在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时，湍流将导致光束的焦点向发射点移动，而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大；在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束，其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

湍流大气中准直激光束的Strehl比与锐度

利用数值方法研究了各种起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑特征，分析了Strehl比、能量Strehl比、峰值Strehl比和锐度(Sharpness)的统计特征，探讨了它们描述光斑质量的适用性。结果表明，能量strehl比适于描述光斑的整体集中质量，而锐度能很好地反映局域内能量集中程度，可作为描述短曝光光斑质量的评价参量。不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑的统计特征表明，湍流有助于提高准直光束的局域能量集中程度。     

大气参数模式及其在辐射大气传输计算中的应用

大气辐射传输的计算精度在很大程度上依赖于大气参数的精度。建立局地的大气参数模式在光电工程的大气传输计算中将有重要应用。利用目前可获得的探空数据、卫星观测数据、地面站点的观测数据初步建立了我国不同地域的大气参数模式,包括地面至120 km高度的温度、湿度、气压的逐日、逐月、逐年高度分布廓线、地面能见度的月平均分布,覆盖我国91个气象探空台站。并把这些大气参数模式用在通用大气辐射传输计算软件（CART）中计算大气透过率和大气背景辐射。文中展示了5个台站的大气参数时空分布以及用CART计算的大气窗口波段的透过率、大气热背景辐射逐月分布及其在我国地域的空间分布。