中国区域PM2.5浓度估算以及影响因素解析

基于2018年中国逐日PM_2.5数据,选用随机森林方法构建了高精度PM_2.5浓度估算模型,并在季节和区域尺度上验证了其时空适用性,进一步利用特征重要性方法系统阐释了各影响因子对PM_2.5浓度变化的重要程度,最后利用偏依赖技术探究了不同影响因素的交互作用对PM_2.5浓度变化产生的综合影响。结果表明：(1)相比于多元线性回归与极端梯度提升树模型,利用多源数据构建的随机森林模型精度最高,可准确模拟出PM_2.5的浓度,且在季节和区域尺度上也有良好的适用性;(2) PM_2.5浓度估算模型的特征重要性排序分析发现,对2018年全国日均PM_2.5浓度影响显著的因子主要是时空、大气边界层高度等全局性因素,表明大气污染防治应把握PM_2.5传输机制,强化区域联防联控;(3)偏依赖交互效应研究发现温度和相对湿度以及年积日、纬度、温度和大气边界层高度的组合对PM_2.5浓度变化会产生显著影响,说明提升空气质量要从多因...     

基于贝叶斯的大数据模型在大气污染成因分析中的应用

提出了一种基于多维高斯贝叶斯分类算法的复杂系统影响因素的分析方法,并利用大数据方法建立了不同PM_2.5范围的分类模型,结合马氏距离开展了影响因素的关键性分析。以合肥市2013―2018年间的天气与空气质量数据为基础,筛选了PM₁₀、SO₂、NO₂、CO、O₃等8个大气污染的关键影响因素,采用散点矩阵对PM_2.5与这些影响因素的相关性进行了分析。利用高斯贝叶斯分类器建立了基于8个主要参量的PM_2.5大气污染分析模型,研究发现,PM_2.5与CO浓度具有较强的正相关性,对NO₂具有选择性,与O₃具有负相关性,而CO与SO₂对PM2.5的产生存在某种竞争机制。     

基于SSA-LSTM模型的空气质量预测研究

为提高PM_2.5浓度的预测精度,提出了一种结合麻雀搜索算法(SSA)和长短期记忆神经网络(LSTM)的组合预测模型。以2023年5月至8月期间长沙市PM_2.5浓度数据为基础,构建了SSA-LSTM模型并与其他模型进行了对比实验。实验结果显示,SSA-LSTM模型的预测结果在拟合优度(R²)上相较于单一LSTM、PSO-LSTM和WOA-LSTM模型分别提升了45.93%、31.55%、19.12%,同样在均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)的结果上也表现更优,表明该模型在PM_2.5浓度预测方面具有高准确性和有效性,可为制定PM_2.5相关预防措施提供一定的参考价值。     

多参数空气质量检测系统设计与实现

针对空气质量监测问题,文章提出一种基于STM32的多参数环境监测系统。该系统用STM32F103作为主控芯片,并由温湿度传感器模块、PM_2.5模块、气体检测模块、数据显示模块、无线通信模块、云平台数据上传模块和手机端数据显示模块构成,基于I2C协议、串口传输、PWM脉冲捕获、模数转换等方法实现数据检测、处理及传输功能。试验结果表明,该系统能够准确检测空气中的温度、湿度、PM_2.5、一氧化碳、二氧化氮5种参数的变化数据,并将监测数据实时显示在检测终端、手机端和电脑端,具有实时监测多参数和远程监控的特点。     

新冠肺炎疫情管控期间乌鲁木齐市空气质量变化及原因分析

为研究新型冠状病毒肺炎疫情防控期间乌鲁木齐市空气质量变化特征及其影响因素,选取了2020年乌鲁木齐市两次疫情严格防控期间(2020年1月26日至3月21日和7月20至8月29日)及疫情前后,以及2019年相同时期地面观测站的逐小时空气质量指数(AQI)、颗粒污染物(PM_2.5、PM₁₀)和气态污染物(SO₂、NO₂、CO、O₃)的数据进行对比分析,探究了气态污染物对颗粒污染物二次合成的贡献,并利用地理探测器对影响空气质量的因子进行了定量探测。结果表明：与2019年同期相比,2020年乌鲁木齐市两次疫情防控期间,除O₃外,PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO浓度都呈现下降趋势,分别减少了36%、55%、10%、18%和49%;而同疫情严格防控期相比,2020年疫情前后期的AQI、颗粒污染物浓度及气态污染物浓度都要高。说明疫情防控措施在一定程度上减少了乌鲁木齐市颗粒污...     

GM(1,1)-ARMA(p,q)组合模型下的PM2.5浓度预测——以西安市为例

随着经济的发展,空气质量问题日渐显露,雾霾天气不断增加,而雾霾形成的主要原因是细微颗粒物,细微颗粒物能够较长时间悬浮于空气中,其浓度越高危害越大。PM_2.5作为直径小于等于2.5微米的颗粒物,被吸入体内后会引发哮喘、支气管炎以及心血管病等疾病,引起人们的广泛关注。因此,文章对西安市2013年12月到2021年3月的PM_2.5浓度值共计88条数据进行了实证研究,分别采用灰色系统预测模型GM(1,1)、时间序列模型AR(2)以及二者的组合模型对西安市的PM_2.5进行预测,研究结果表明组合模型的相对误差最小,预测效果最优。     

基于STM32的室内温湿度及空气质量监测

<正>随着社会的快速发展，建筑物也不断地增多，人们对建筑物的依赖性较强，但往往会忽略室内空气质量的问题。本文以温度、湿度、TVOC、CO₂、PM2.5等5个指标作为监测对象。为了实现室内温湿度及空气质量(TVOC、CO₂、PM2.5)的监测及可视化，在硬件方面则以STM32F103RCT6微控制器为核心、传感器为感知对象、Wi-Fi模块为物联网的无线传输通道，将传感器采集的数据经STM32处理后传给Wi-Fi模块并通过Wi-Fi模块无线上传至云端或App端可视化。     

膜采样与β射线法测定气溶胶PM2.5质量浓度的对比分析

利用β射线法气溶胶质量浓度自动观测仪器和膜采样设备,于2013年9月至10月在北京上甸子大气本底站进行了气溶胶PM_2.5质量浓度的自动观测和人工采样方法的对比试验。结果表明,两种方法的观测结果间具有较好的一致性,呈显著的线性相关关系;在PM2.5质量浓度较低(<35μg·m^-3)和较高(>250μg·m^-3)时,两种方法间的偏差较大;随着空气PM_2.5质量浓度的增加,自动观测方法与人工方法观测结果间的偏差逐渐增大.两种方法间的线性回归方程斜率、截距和相关系数均达到了国家环境保护标准HJ 653-2013的有关要求.对全部观测数据、>10μg·m^-3和10¹50μg·m^-3浓度范围内的数据分别建立了回归订正方程,同时,根据不同气团轨迹条件也建立了订正方程,订正效果表明以10¹50μg·m^-3范围内数据建立的回归订正方程为最优.     

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷烧结及极化工艺优化

采用传统固相法在烧结温度1 110～1 150℃内成功制备了(K_0.5Na_0.5)_0.98Li_0.02Nb_0.77Ta_0.18Sb_0.05O₃(LTS-KNN)无铅压电陶瓷,所有样品结晶性良好,无第二相产生。在1 130℃下烧结的压电陶瓷致密度良好,陶瓷表现出较好的压电性能。通过调节极化电场与极化温度可改善陶瓷的极化程度,进而优化陶瓷的压电性能。实验结果表明,在烧结温度为1 130℃,极化电场为3 kV/mm,极化温度为60℃时,陶瓷的压电性能达到最佳,即压电常数d₃₃ =310 pC/N,机电耦合系数k_p =48%。     

傅里叶红外系统监测大气中温室气体的污染特征

研制了一套90 m的开放光路傅里叶变换红外光谱(OP-FTIR)温室气体分析测量设备，并利用该设备开展了CO₂、CH₄和CO质量浓度的高精度检测。OP-FTIR系统反演CO₂、CH₄和CO的光谱区域分别为2102～2250 cm^-1、2920～3140 cm^-1和2172～2210 cm^-1。以采集到的中红外吸收光谱为反演基准，开展了与Picarro温室气体分析仪的对比测试。选取测量期间10 d的数据，研究了温湿度、风向风速与环境大气中CO₂、CH₄和CO质量浓度的关联度，并详细分析了污染物的日变化特征。实验结果表明：研制的OP-FTIR光谱系统监测温室气体质量浓度具有较高的可靠性；温度、相对湿度、风速和风向对当地污染物质量浓度影响显著；CO₂、CH₄和CO质量浓度的时序变化具有明显的周期性变化趋势。将CO、CH₄质量浓度分别...     

B2O3对BaZrO3微波介质陶瓷材料性能的影响

以分析纯的BaCO₃、ZrO₂、B₂O₃为原料,采用传统固相法制备了添加x%B₂O₃(质量分数x=0.5～5.0)的BaZrO₃微波介质陶瓷。运用扫描电子显微镜、矢量网络分析仪和X线衍射仪等实验手段研究了不同B₂O₃添加量对BaZrO₃陶瓷微观结构、相组成及微波介电性能的影响。结果表明,随着B₂O₃添加量的增加,材料致密烧结温度降低,介电常数减小,介电损耗降低。当B₂O₃添加量超过1%时,有BaZr(BO₃)₂相析出。在B₂O₃添加量为3%,烧结温度为1 300℃时,BaZrO₃陶瓷获得优异的微波介电性能：介电常数ε_r=33.02,品质因数与频率之积Q×...     

泰兴市2021年春季典型沙尘污染过程的时空分布解析

利用当地空气质量自动监测站颗粒物监测数据和气象数据,并结合大气颗粒物监测激光雷达的监测数据以及HYSPLIT气团后向轨迹模型等,对泰兴市2021年春季较为典型的沙尘污染过程进行综合分析。结果表明：1)沙尘开始阶段,PM₁₀浓度升幅明显,污染较为严重时,PM_2.5/PM₁₀降至0.2左右;2)在沙尘影响期间,泰兴市颗粒物浓度呈现双峰特征,但两个时间段出现次峰值的原因不同,3月30日晚间出现次峰值与沙尘沉降有关,而5月8日上午出现次峰值与天气系统导致的沙尘回流有关;3)结合激光雷达反演结果可以看出,两次沙尘污染过程中,沙尘传输高度普遍在2 km以下,厚度大于1 km; 4)泰兴市沙尘传输主要为西北和偏北路径,潜在污染源以内蒙古、安徽、河南、河北、湖北等省份的输入性污染为主。对泰州市春季沙尘污染的时空分布以及演变过程的了解,为该地春季颗粒物污染的改善提供了一定的科学依据。     

电解液温度对Ta2O5阳极氧化膜结构和性能的影响

磷酸电解液中,采用阳极氧化法在高纯钽箔表面制备Ta₂O₅阳极氧化膜,通过椭圆偏振光谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和电化学测试等,研究了电解液温度对Ta₂O₅阳极氧化膜结构、化学组成、介电性能和绝缘性能的影响。结果表明,Ta₂O₅阳极氧化膜中结合有少量的电解液阴离子,且结合的阴离子含量和分布深度随电解液温度升高而降低;Ta₂O₅阳极氧化膜介电常数和绝缘强度随电解液温度升高而增大,但过高的温度会促进非晶态Ta₂O₅晶化从而导致氧化膜性能劣化。当电解液温度从25℃升高至85℃时,氧化膜介电常数增大约3.5%,耐击穿电压提高约1%,膜中结合态阴离子的分布深度从氧化膜厚度的约1/2降低至约1/4。基于实验结果,钽在磷酸电解液中的最佳阳极氧化温度是85℃。     

基于TDLAS的CO2高温高压谱线参数测量研究

气体谱线参数的准确性对于应用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)开展燃烧流场参数的精确测量十分重要。针对目前谱线数据库参数在高温高压环境的不确定性,以主要燃烧产物CO₂作为目标气体,开展了CO₂高温高压谱线参数测量研究。设计了耐高温高压气室,在三段管式炉上搭建了一套气体谱线参数高温高压校准装置,以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,对中心频率4 988.655 cm^-1的CO₂吸收光谱进行了测量,获得了373～673 K温度范围内,1～3 atm多个压强下的纯CO₂高温高压吸收光谱,经过Voigt线型拟合等数据处理,得到了线强、自展宽系数、温度指数等谱线参数,与HITRAN2016数据库对应的参数进行对比,线强相对误差在-8.6%～-2.4%,线强不确定度约为4.1%,自展宽系数相对误差在-8.8%～2.1%,所测数据对现有的谱线数据库起到了修正和补充。     

非色散红外CO2传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO₂传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO₂传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10%～20%浓度范围内的CO₂时,最大相对误差为2.98%,重复性实验显示RSD为1.22%,为非色散红外CO₂传感器补偿温度提供借鉴意义。     

南通市臭氧浓度特征及气象因素影响分析

利用2017―2020年南通市国控点的逐时臭氧(O₃)浓度监测资料和同期的南通市国家基本气象站的逐时气象资料,分析了南通市O₃污染的年际变化、月变化、日变化以及O₃污染特征与气象因素的关系。研究结果表明：(1) O₃浓度季节变化幅度表现为夏季>春季>秋季>冬季,日变化呈现出单峰特征,通常在上午06:00―07:00出现最低值,而在15:00左右出现最高值;(2) O₃浓度与温度呈正相关,与相对湿度呈负相关,当温度大于20℃,相对湿度在30%～50%之间,风速处于0～4 m/s之间时,O3浓度较高,容易出现超标的情况。     

具有温度补偿的非分光红外CO2传感器设计

近年来,温室效应愈发明显,环境二氧化碳（CO₂）浓度增加带来的副作用严重影响了人们的生产生活。目前,商业化的CO₂传感器体积较大,便携化、高精度、模块化等方面不尽人意,设计了一种基于热释电的非分光红外法（NDIR） CO₂浓度测量系统,主要分为气室结构设计、信号电路设计、软件控制设计与数据处理四个部分。气室结构设计方面采用单通道结构设计,并对气室进行了光学仿真,最终确定了气室的尺寸,有效提高了系统的测量精度。信号电路设计方面设计了一种基于差分方式的小信号放大电路,将有效信号从噪声中提取并放大,提高分辨率。软件控制设计方面应用数字滤波算法,滤除干扰与杂波,提取数据中的有效值,提高信噪比。数据处理方面,搭建CO₂气体测试平台,通过温湿度与峰峰值补偿公式补偿温度对峰峰值产生的影响,再使用25 ℃下曲线拟合法计算气体浓度值,最终通过串口输出。经过测试,该系统测量范围为5%,相对误差值在1500 ppm以内,能够满足防火报警、矿下监测等场合的安全测试需求。     

稀土Er3+离子掺杂的全无机CsPbCl3钙钛矿纳米晶的合成及发光性能

CsPbCl₃全无机钙钛矿纳米晶(PNC)的应用受到其弱发光、极低的光致发光量子产率(PLQY)以及长期暴露于氧气和湿气环境中稳定性差等的限制。为了解决这一问题,使用稀土金属元素铒的三价阳离子(Er³⁺)作为B位掺杂元素,制备出了明亮蓝紫光发射的Er³⁺∶CsPbCl₃钙钛矿纳米晶发光材料。掺杂后的纳米晶具有最佳的形貌和发光性能:PLQY为16.7%、平均粒径约为7.98nm、荧光发射峰蓝移至400nm、半峰全宽仅为10.0nm。同时该纳米晶的环境稳定性也显著提升,在测试环境(温度60℃、湿度60%RH)下存放10天后,其发光强度仍能保持初始荧光发射强度的60%以上。此工作较大程度上改善了CsPbCl₃钙钛矿纳米晶存在的问题,对于其实际应用存在重大意义。     

农田环境数据无线采集及灌溉自律系统设计

随着科学技术的迅猛发展,智能数据采集技术应用广泛。智能灌溉和气象数据的采集,是智慧农业发展的重要支撑,是保障农业生产的基础。文章创新性地提出将智能灌溉系统与小型气象站相结合,设计一种农田环境数据无线采集及灌溉自律系统,可以更快、更准确地掌握农作物的生长环境,更精确地控制灌溉。本系统基于瑞萨MCU进行开发设计,采集系统由GY-39传感器、土壤湿度传感器、雨水传感器、PM_2.5传感器构成。无线传输模块为蜂鸟灵-TR,通过LabVIEW开发的应用程序实时显示环境数据,并生成趋势图。该系统拥有太阳能充电电路,可实现自律无人管理,改变农业灌溉模式,可用于小型气象站的天气预报、农业灌溉等。     

寿县一次沙尘过程气溶胶谱分布和光学特性的阶段性特征

利用三波长偏振激光雷达和气溶胶在线监测仪器的协同观测,获取了2021年1月14日—16日寿县国家气候观象台一次沙尘过程气溶胶垂直分布、粒子数浓度、质量浓度、散射特性和能见度观测数据,并结合常规地面气象观测资料,分析了沙尘过程气溶胶微物理、光学特性及垂直分布的阶段性演变特征。结果表明：沙尘过境期间气溶胶粒子总数浓度峰值为5431 cm^-3,PM₁₀质量浓度峰值为447.2μg/m³,PM_2.5和PM₁₀的质量浓度比为0.43±0.10。沙尘、霾和晴空阶段下的气溶胶谱分布均可表示为2个细粒模和1个粗粒模的叠加,沙尘阶段气溶胶粒子数显著高于晴空和霾阶段,2个细粒模的粒子几何平均半径基本一致,在粗粒模中,沙尘阶段的粒子几何平均半径为2.24μm,明显大于晴空阶段的1.74μm和霾阶段的1.79μm。沙尘阶段气溶胶总散射系数平均值大于霾阶段和晴空阶段,其后向散射比较小,空气中以较大的沙尘粒子为主。3个波长的气溶胶消光系数垂直分布变化趋势基本一致,沙尘阶段气溶胶层高度扩展至近地面3.0 k...